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Prof. Prof. SonjaSonja BuvinicBuvinicLaboratorio de Fisiología Celular del MúsculoLaboratorio de Fisiología Celular del MúsculoFONDAPFONDAP--CEMC, ICBM, Universidad de ChileCEMC, ICBM, Universidad de Chile

sbuvinic@med.uchile.clsbuvinic@med.uchile.cl

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Suministro de oxígeno (O2) para el metabolismo• Suministro de oxígeno (O2) para el metabolismo• Eliminación del dioxido de carbono (CO2) del metabolismo• Requlacón del pH sanguíneo: mantención del equilibrioácido-base

Sólo con el intercambio deO2 por la piel seríaIMPOSIBLE mantenerrequerimientos energéticosbasales, y más aún enejercicio.

Ventilación: Intercambiode aire (entrada y salida)entre la atmósfera y losalveolos pulmonares

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1. Nariz-Boca2. Tráquea3. Bronquios4. Bronquiolos5. Alveolos

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Alveolos

• Sacos membranosos delgados, rodeados de unamalla de capilares• Más de 300 millones en tejido pulmonar• Tejido que recibe el mayor suministro de sangre• Tejido que recibe el mayor suministro de sangre• Superficie de intercambio de gases entrepulmones y sangre (DIFUSIÓN)

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Procesos RespiratoriosProcesos Respiratorios

• Ventilación• Difusión de los gases• Transporte de los gases• Intercambio gaseoso celular• Regulación del equilibrio Ácido-base• Control de la respiraciónControl de la respiración

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Inspiración

• Contracción y descenso del diafragma• Elevación de las costillas• Pulmones se expanden, presión intra-

l l d 5 H d b j d l

Espiración

• Proceso pasivo• Ocurre por relajación de losmúsculos respiratorios ydisminución del volumen pulmonaralveolar queda 5 mmHg por debajo de la

presión atmosférica → Hay unaSUCCIÓN de aire del exterior.

disminución del volumen pulmonar.

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Cambio de volumen de la caja Cambio de volumen de la caja toráxicatoráxica: : Músculos RespiratoriosMúsculos Respiratorios

Reposo: DiafragmaIntercostales Internos y Externos

Ejercicio: Asisten TrapecioAbdominalesElevador del Omoplato,Esternocleidomastoideo

Intercostales externos Intercostales externos sobre las costillassobre las costillas

Esternocleidomastoideo, Esternocleidomastoideo, Trapecio,Trapecio,Elevador del OmoplatoElevador del Omoplato

sobre las costillassobre las costillas

Intercostales internos Intercostales internos debajo de las costillasdebajo de las costillas

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Ve= Ventilación por minuto (aire espirado en 1 min)Ve = Fr x Volumen TidalVe reposo = 12 min-1 x 0.5 L = 6.0 L min-1

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• Volumenes pulmonares estáticos se han relacionado con estatura,contextura y herencia genética del individuo.• Se postula que no son modificados por ejercicio y entrenamiento.

¿Cómo se explican, entonces, los resultados de la siguiente tabla?

Posibilidades:1. Entrenamiento físico aeróbico realmente modifica los volúmenes

pulmonares estáticos.2. Sólo hacen ejercicio físico los individuos cuya genética les favorece con

mayores volúmenes pulmonares estáticos.9

Volúmenes pulmonares se modifican con el envejecimiento.• Disminuye la elasticidad del tejido pulmonar y la potencia de los músculos

respiratorios.• Entrenamiento de resistencia en adultos mayores enlentece el cambio de

estos parámetros.Por lo tanto probablemente se modifican no por el envejecimiento en sí• Por lo tanto, probablemente se modifican no por el envejecimiento en sí,sino por el SEDENTARISMO.

Mujeres tienen valores menores de volúmenes pulmonares quelos hombres, incluso luego de corregir por talla. Por lo tanto,usan más los VOLÚMENES DE RESERVA ventilatoria y tienenun mayor FLUJO RESPIRATORIO durante el ejercicio.

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Cambios Cambios en la ventilación con en la ventilación con el el ejercicioejercicio1. Aumento en Frecuencia Respiratoria (fr)2. Aumento en profundidad de inspiración3. Aumento Volumen Tidal (Vt) (volumen normal o volumen corriente)4. Aumento en Ventilación (Ve) (Ve= aire espirado en 1 min = Fr x Volumen Tidal)5. Disminuye el Volumen de Reserva Inspiratoria6. Disminuye el Volumen de Reserva espitaroria

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Adaptaciones Respiratorias Adaptaciones Respiratorias al Entrenamientoal Entrenamiento

Reposo Sub-máximo MáximoVolumenes ycapacidadespulmonares

No hay cambios sobretierra. En Natación seven aumentos en

------------------- ----------------------

pulmonares ven aumentos enCapacidad Total delPulmón y CapacidadVital.

Ventilacionpulmonar

Ve Nada Disminuye Aumenta

Vt Aumenta Aumenta Aumenta

F Di i Di i A tFr Disminuye Disminuye Aumenta

• En el ejercicio moderado, atletas de resistencia entrenados consiguen una mayorventilación alveolar con una respiración más profunda (↑Vt), sin variación de lafrecuencia respiratoria.

• Al hacer más intenso el ejercicio, Vt llega a un máximo, y los aumentos posterioresde la ventilación deben realizarse por aumento de la Fr.

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“Los intentos conscientes de modificar la respiracióndurante las actividades físicas generales, como correr, nog , ,benefician al rendimiento del ejercicio. De hecho, lamodificación consciente de la respiración resta valor a losajustes respiratorios regulados de forma exquisita en elejercicio. Tanto en reposo como en ejercicio, cadaindividuo debe respirar como le resulte más natural”.

McArdle y cols. Fundamentos de Fisiología del Ejercicio. 2ª Ed. Mc Graw Hill. 2004.

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Trastornos de patrones respiratorios normalesTrastornos de patrones respiratorios normales

DISNEA• Acortamiento de la respiración, o dificultad para respirar.• Ocurre generalmente en quienes empiezan a hacer ejercicio (no entrenados). Fuerte

impulso nervioso para respirar durante el ejercicio hace que se fatiguen los músculosimpulso nervioso para respirar durante el ejercicio hace que se fatiguen los músculosrespiratorios poco preparados, provocando un aumento de CO2 y disminución delpH arterial (acidificación, aumento de H+).

• CO2 y H+ excitan el centro inspiratorio, y hacen que aumenten la frecuencia yprofundidad respiratorias.

• Ocurre patrón acelerado de respiración superficial ineficaz y la persona se sienteincapaz de respirar suficiente aire.

HIPERVENTILACIÓNHIPERVENTILACIÓN• Aumento de la ventilación pulmonar por encima de las necesidades de oxígeno del

metabolismo.• Provoca descenso rápido del CO2 plasmático (por eliminación en el aire espirado),

con la consecuente alza del pH plasmático (disminución de H+).• Ocasiona mareos, e incluso inconsciencia.

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DifusiónAlveolo Músculo

CO OCO2 O2

CO2 O2

HbO2Glóbulo Rojo Glóbulo RojoHbO2

Gases deben difundir a través de:• Membrana del tejido (alveolo o músculo)• Membrana capilar• Membrana del glóbulo rojo

La difusión de los gases ocurre siempre a favor de sugradiente de presión 15

Membrana Respiratoria

Membrana hematotisular quepermite la difusión rápida

En reposo:Difunden a la sangre aprox 250 ml de O2 por minutoDifunden a los alveolos aprox 200 ml de CO2 por minuto

entre gases alveolares ysanguínes

Difunden a los alveolos aprox 200 ml de CO2 por minuto

Durante ejercicio intenso de atletas de fondo:Difusión de O2 a la sangre puede aumentar 20 veces (5 litros/minuto !!!)

=> Correcta ventilación será fundamental para proveer suministro de O2

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O2 CO2PULMON

PRESION

PO2 = 104mmHgPCO2 = 40mmHg

PulmónPO2 altaPCO2 baja

CO2 O2

SISTEMA CIRCULATORIO

TEJIDO

ARTERIALPO2 =100mmHgPCO2 = 40mmHg

PO2 = 0-60mmHgPCO2 = 46 90mmHG

VENOSAPO2=40mmHgPCO2=46mmHg

Sangre VenosaPO2 bajaPCO2 alta

Sangre ArterialPO2 alta

PCO2 = 46-90mmHGPCO2 baja

MúsculoPO2 bajaPCO2 alta

Gradiente de presión de CO2 es muypequeña (6 mmHg), pero la difusión ocurrerápidamente por su alta solubilidad (muchomayor a la del O2)

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Equilibrio entre la Ventilación Alveolar (4.0 L/min) y la Perfusión (5.0 L/min)

min/04 L

ventilación

8.0min/0.5

.min/0.4

LLNormal

perfusión

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buena ventilaciónmala perfusión

mala ventilaciónbuena perfusión

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Oxígeno – O2

1 Di lt l Pl O2 (3%)

Transporte de Transporte de GasesGases

Dióxido de Carbono – CO2

1 Di lt l Pl CO21. Disuelto en el Plasma – pO2 (3%)

2. Unión con Hemoglobina – HbO2 (97%)

oglo

bina

Capilares alveolares

Capilares de los tejidos

1. Disuelto en el Plasma – pCO2 (10%)

2. Carbohemoglobina (interfierecon transporte de O2 porhemoglobina) (20%)

3. Bicarbonato – H2CO3 (70%)

Presión parcial de oxígeno

% S

atur

ació

n he

m tejidos CO2+H2O H2CO3 HCO3- + H+

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Alveolo

Kenneth Saladin.1988. Anatomy and Physiology, McGraw Hill

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Aumenta afinidad Hb-O2

AumentoAumento dede acidezacidez (H+(H+ yy COCO22)) yy temperaturatemperaturafavorecenfavorecen disociacióndisociación dede OO22 dede lala hemoglobinahemoglobina

tura

ción

hem

oglo

bina

Disminuye afinidad Hb-O2

¿En¿En quéqué situaciónsituación sesedandan todastodas esasesascondiciones?condiciones?EnEn loslos músculosmúsculosdurantedurante elel ejercicio!!!ejercicio!!!

=>=> SeSe favorecefavorece lalatt dd OO22

Presión parcial de oxígeno

% S

at entregaentrega dede OO22

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Tejido Muscular Capilares

Kenneth Saladin.1988. Anatomy and Physiology, McGraw Hill

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1. El automatismorespiratorio se genera enneuronas respiratoriasd l b lb íd

VentilaciónVentilación eses controladacontrolada porpor procesosprocesosnerviososnerviosos yy humoraleshumorales

del bulbo raquídeo.

2. La regulación de lafunción respiratoria estáa cargo de:

• Quimiorreceptoresperiféricos (cuerpocarotídeo y aórtico).

• Quimiorreceptores

Cortezamotora Temperatura

Quimiorreceptorescentrales.

• Mecanorreceptorespulmonares y de la cajatorácica.

• Aferencia de la cortezamotora.

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ControlControl dede lala ventilaciónventilación durantedurante elel ejercicioejercicio

1.1. ControlControl químicoquímico (pO2, pCO2, H+)2.2. FactoresFactores neurógenosneurógenos

Influencia cortical (“respuesta cortical anticipatoria”)Influencia cortical ( respuesta cortical anticipatoria )Influencia periférica (estimulación sensorial en articulaciones, músculos ytendones)

33.. TemperaturaTemperatura corporalcorporal (estimula directamente el centro respiratoriocerebral)

Actualmente se sugiere un control integrado de la ventilación:FASE I tí l ó i d t b i i i l d l i ió l• FASE I: estímulos neurógenos inducen aumento brusco inicial de la respiración, alcomenzar el ejercicio.

• FASE II: Ventilación aumenta gradualmente, hasta una meseta que satisface losrequerimientos metabólicos del intercambio de gases (factores químicos)

• FASE III: fase final de control. Ajuste fino de la ventilación por mecanismosperiféricos de retroalimentación (Tº, CO2, H+)

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La acumulación de lactato en sangre (particularmente importanteen individuos no entrenados), produce la siguiente reacción:

LactatoLactato + NaHCO3 → + NaHCO3 → LactatoNaLactatoNa + HCO3 → H2O + CO2 + HCO3 → H2O + CO2

El exceso de CO2 NO METABOLICO generado por esta reaccion,estimula excesivamente la ventilación pulmonar (por sobre losrequerimientos dados por la pO2)

Esto se denomina UMBRAL VENTILATORIO. En sujetos noentrenados ocurre entre 55-65% de la VO2max. En atletas deresistencia ocurre al 80% de la VO2 max.

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Factores respiratorios que pueden limitar el rendimientofísico

• Demanda energética de los músculos respiratorios

• Fatiga muscular respiratoria

• Limitaciones de la mecánica pulmonar

• Limitación de la difusión pulmonar

27 Netter FH: Atlas of Clinical Anatomy, DxR Development Group Inc, 1999. 28