Universidad del ZuliaFacultad de MedicinaEscuela de MedicinaDepartamento de Ciencias FisiolgicasCtedra de Fisiologa. FISIOLOGIA RESPIRATORIADra. Tibisay Rincn Ros, MgSc, PhDJunio 2008

Fisiologa Respiratoria. Pre-requisitos. Conocer la estructura anatmica macro y microscpica del Aparato Respiratorio.Conocer los mecanismos de transporte trans-membranaConocer mecanismos Bioqumicos que involucran la funcin respiratoria.Conocer los mecanismos del EAB.Conocer la Fsica de los gases.

Fisiologa Respiratoria. Objetivos.General y Terminal: Lograr que el alumno (a) detecte y razone los mecanismos que producen los cambios en el funcionamiento normal y razonar la importancia de este Sistema para el mantenimiento de la Salud Humana.

Fisiologa Respiratoria. Objetivos.Especficos: Comprender los mecanismos ventilatorios y las consecuencias de su trastorno.Comprender e interpretar las pruebas funcionales pulmonares y bioqumicas.Comprender e interpretar los mecanismos regulatorios del EAB.

Fisiologa Respiratoria. Objetivos.Especficos: 4.- Comprender la participacin del SNC en la regulacin de la funcin respiratoria. 5.- Comprender e interpretar los efectos de la alteracin de la funcin pulmonar normal y su repercusin en la salud humana.

El Proceso Respiratorio.La Ventilacin PulmonarLa Difusin de los Gases (Intercambio gaseoso).El Transporte de los GasesEl Intercambio gaseoso celular.Regulacin del EABLa Regulacin de la Respiracin.

Los 3 Sistemas que llevan O2 a las clulas: El Sistema CardiovascularEl Sistema RespiratorioEl Sistema Hematolgico.

Funciones del Aparato RespiratorioA.- Funciones Respiratorias.La Ventilacin Pulmonar: Inspiracin-Espiracin.La Respiracin Externa.El Equilibrio Ventilacin-Perfusin. El FSEl Transporte de los Gases Sanguneos.La Respiracin Interna.La Utilizacin del O2 y produccin de CO2 en las clulas.

Funciones del Aparato RespiratorioB.- Funciones No- Respiratorias.FiltroReservorio sanguneo.[900 1,000 mL]Defensa.Funciones Metablicas. Regulacin de PA.Balance Hdrico.Eliminacin de subst. Voltiles: Cetocidos y Acetaldehido.

Anatoma Funcional del Aparato Respiratorio. La Pared torcica.Los msculos respiratorios.Las PleurasLos PulmonesLas Vas Areas.La Circulacin PulmonarLa Inervacin bronquial.

La Pared Torcica

Los Msculos Respiratorios. Son estriados esquelticosSon Involuntarios (pueden ser voluntarios)Se contraen y relajan en forma pasiva.Originan presiones y volmenes areos necesarios para el intercambio gaseoso.

Los Msculos Respiratorios.A.- Los Inspiratorios. Se contraen en la inspiracin para vencer la fuerza elstica del Pulmn, y la Resistencia de las vas areas.

Los Msculos Respiratorios.Los Inspiratorios.El Diafragma.Los Intercostales Externos.Los Esternocleidomastoideos.Los Escalenos.

El DiafragmaPrincipal msculo inspiratorio. Dimetros longitudinal y transverso. El msculo de los cantantes.

El DiafragmaFunciones No-Respiratorias. Separa al trax del abdomen. Reaccin postural.Habla y canto.Tos y estornudo.Esfuerzo abdominal: Parto, defecacin. Miccin.

Msculos Inspiratorios. Los Intercostales Externos: los dimetros Antero-posterior y transverso.Los Esternocleidomastoideos: los dimetros AP y longitudinal. Elevan el esternn.

Msculos Inspiratorios.Los Escalenos:Elevan las 2 primeras costillas.

Los msculos espiratorios. Ejercen el efecto contrario a losinspiratorios, para restablecer el ciclo. Los Abdominales (Oblicuo mayor y menor)El Transverso del AbdomenLos Rectos.

Los msculos espiratorios. la presin abdominal (Expulsin).Empujan al Diafragma hacia arriba.En condiciones anmalas se pueden hacer activos y voluntarios (Broncoespasmo o Asma)

Las Pleuras. P. Visceral: Envuelve a los Pulmones.P. Parietal: Envuelve la sup. Interna del trax. El Espacio Pleural (Espacio Potencial)El Derrame Pleural. La Presin Pleural (-5 cm H2O)

Funciones de la Presin PleuralEn inspiracin: -7.5 cm H2O.Valor mximo con el llenado pulmonar.Mantener los Pulmones abiertosTiraje de la superficie Pulmonar con mayor fuerza

Los PulmonesContiene los elementos del intercambio gaseoso o Respiracin verdadera.

Las Vas Areas

El Lobulillo Respiratorio. 300 x 106 alvolos en cada Pulmn

La Inervacin BronquialHasta el nivel 15 hay msculo lisoControl por el SNA SimpticoReceptores 2 en el Epitelio y Musc. Liso Broncodilatacin y de secrecin. El Broncoespasmo: Bronquitis crnica, Asma y Enfisema Pulmonar.

La Inervacin BronquialReceptores muscarnicos: Broncoconstriccin.No-adrenrgica, no-colinrgica que produce vasodilatacin VIP

La Circulacin PulmonarLa Nutricin Pulmonar: Arterias Bronquiales.El Circuito Pulmonar o Circulacin Menor: Intercambio gaseoso o Respiracin Externa.

CaractersticasCirculacin Sistmica Circulacin Pulmonar Vasos que comprende El sistema de nutricin celular: Sistema distribuidor: ArteriasSistema de intercambio: CapilaresSistema recolector: VenasEl Sistema de Oxigenacin de la Sangre: Arteria Pulmonar , Capilares pulmonares y Venas PulmonaresPresinAlta (Gran recorrido)Baja (Corto recorrido)Resistencia vascularAltaBajaSangre circulanteOxigenada (Arterial)Oxigenada (Venosa)RegulacinPosee muchos medios para su regulacinSujeta a escasa regulacinFuncinNutricin celular (incluyendo la Pulmonar)Oxigenacin de la sangreAlcanceSirve a muchos tejidosSirve a un solo rganoGravedadGran efecto: soporta largas columnas hidrostticasPoco efecto: soporta columnas hidrostticas cortas

Disney Cruise Line2004

El Proceso Respiratorio.La Ventilacin Pulmonar

La Mecnica Respiratoria

La Mecnica RespiratoriaLos Msculos Respiratorios.Los Movimientos de entrada y salida del aire de los pulmones: Espiracin [Deflacin] Inspiracin. [Inflacin] [El tejido elstico del Pulmn]

La Pared Torcica

Espiracin e Inspiracin.- Factores (4)

Las Presiones que se desarrollan

Espiracin e Inspiracin.- Factores (4)

2.- La Presin Pleural (PP)3.- La Presin Alveolar. (PA)4.- La Presin transpulmonar: (Negativa) PA - PP

La Espiracin. Proceso PasivoRelajacin de msc. InspiratoriosLa Fuerza del proceso elstico la Presin Alveolar.Gradiente de presin boca-alvolosSalida del aire y de subst. Voltiles.

La Espiracin.En proceso patolgico: Broncoespasmo. Se hace activaSe utilizan los msculos espiratorios en forma consciente o voluntaria y activa. Consecuencias

La Distensibilidad PulmonarCambio en el Volumen Pulmonar por unidad de Presin intrapulmonarValor normal: 200 mL/cm H2O. Significado: Al la presin intrapulmonar 1 cm H2O, los pulmones incrementan en 200 mL su volumen.

Propiedades elsticas del PulmnUn cuerpo elstico.Tendencia a recuperar su volumen de reposo despus de haber sido distendido.Dos elementos: Los Factores Determinantes El Surfactante.

Los Factores DeterminantesLa Elasticidad del tejido pulmonar: de la elasticidad total.Las fuerzas elsticas provocadas por la Tensin Superficial del lquido que rodea los alvolos: 2/3 del total.

La Compliance (C)DistensibilidadEs la fuerza que debe aplicarse para sacar a un cuerpo elstico del reposo.Elasticidad es la fuerza que debe hacer para regresar al reposo.

Compliance y Elasticidad

La Curva de la Compliance

El SurfactanteAgente Tensioactivo.Clulas Epiteliales Alveolares o Neumocitos tipo II.Son el 10% de la superficie alveolar total. Compuesto por Fosfolpidos: Dipalmitoil-fosfatidilcolina + Ca2+ + Apoprotenas

La HistresisEs vol. entre inflacin y deflecin.Se debe a la Tensin SuperficialHay una interfase agua-aire.

Surfactante.-Funcin Fuerza que se forma en una interfase Agua-Aire. Es una fuerza elstica, que mantiene abierto al Alvolo. Valor normal: 5 a 30 dinas/cm. La Tensin superficial del Alvolo.Determina la Histresis. Evita la formacin de Edema Pulmonar.

El Dficit de Surfactante la Tensin Superficial. Edema Alveolar o Pulmonar. Adulto: Atelectasia Pulmonar.Nios RN: Membrana Hialina o Sndrome de Dificultad o Distress Respiratorio del RN

La Resistencia de las Vas Areas.- Ligada al Flujo Areo en las vas.El gradiente y el Flujo.Tres tipos de Flujo Areo:Flujo Laminar .Flujo en remolino local o transicional o mixto.Flujo Turbulento.

La Resistencia de las Vas Areas.-El Flujo Laminar:Murmullo Vesicular.Paralelo a la pared de la va.Vas terminales.

La Resistencia de las Vas Areas.- Flujo en remolino, transicional o mixto: El ms frecuente. BifurcacionesTasa ms elevada.Combinacin de los otros 2.

La Resistencia de las Vas Areas.-El Flujo Turbulento: Desorganizado.Altas tasas de flujo. Alto contenido energtico. Ejercicio u Obstculos en la va.N de Reynolds > 2,000Ruidos: Roncos o Sibilantes

El Nmero de Reynolds (Re).

r = Radio del vaso.v = Velocidad.d = Densidad del Fluido = Viscodidad del fluido.

La Ventilacin Pulmonar

La Ventilacin Pulmonar (VP)Se basa en la Mecnica Respiratoria. Frecuencia Respiratoria: 12 x min.Volumen Corriente (VC) o VVP: 500 mL en cada respiracin normal.Entran al cuerpo 250 mL O2 y salen 200 de CO2 en cada ciclo.

La Ventilacin PulmonarRespiracin Externa o Hematosis.1.- Ventilacin Pulmonar (VP): VC x FR = 500 mL x 12 = 6,000 mL/min o tambin 6 L/min.2.- Ventilacin del Espacio Muerto Anatmico: 150 mL x 12 = 1,800 mL/min.

La Ventilacin PulmonarHematosis.3.- La Ventilacin Alveolar: [500 150 mL] x 12 = 350 x 12 = 4,200 mL/minLa + importanteEs la Ventilacin efectiva

La Espirometra

La EspirometraCon respiracin normal y forzada en reposo. Cronometrada en seg. Con Broncodilatadores Sin

El Valor de PrediccinCada persona tiene su propio valor de Prediccin. (Formula matemtica). SexoPeso y TallaTemperatura del ambiente (ATPS a BTPS).

El Valor de PrediccinSon valores que ese cuerpo necesita para funcionar.Su valor se compara con el obtenido por la prueba.El Resultado de la Prueba se expresa en % del Valor de Prediccin. La Capacidad Vital debe ser el 80% del V. de Pred.

La EspirometraCondiciones y requisitos.Equipo.Resultados: Volmenes (4) Capacidades.(4)

La Capacidad Vital CronometradaVEF1Con el mismo espirmetro.Inspiracin forzada al mximo.Se mide el periodo expulsivo (Espiracin) en el 1 y 3 segundos.til para el diagnstico de Resistencia de las vas areas.Con y sin broncodilatadores.

La Espirometra

ObstructivasRestrictivasAtrapamiento aereoAsmaBronquiolitisCPT aumentadaCRF aumentadaVR aumentadoVEF1 bajo Relacion VEF1/CVF baja (>0.75 es normal)CVF normal o bajaFEF 25-75 muy bajoPoca distensibilidad. El alveolo tiende a colapsarseFibrosis pulmonarSindrome de distress respiratorio del adultoDeficit de SurfactanteInsuficiencia cardiacaTrastornos de la caja toracicaTrastornos neuromuscularesCPT bajaCRF bajaVR bajoVRE bajoCVF baja (75% de la CPT es normal)VEF1 normalRelacion VEF1/CVF normal (>0.75 es normal)En general pueden estar bajos todos los volumenes y capacidades

El Proceso Respiratorio.2.- La Difusin de los Gases: El Intercambio Gaseoso Pulmonar.

Intercambio gaseosoDifusin de los Gases.Transporte de los gases en Sangre.Intercambio de gases entre la Sangre (GR) y las clulas.

Difusin de los Gases.

Caractersticas de los gases.Composicin de los Gases.Estructura de la Membrana Alvolo-Capilar.

Difusin de los GasesA travs de la Membrana Alvolo-Capilar.Conocer las Leyes de los Gases.Parmetros fsicos que involucran: Presin () Temperatura Volumen Humedad (Vapor de Agua) Permeabilidad de la membrana

Ley de Boyle-Mariotte.A Temperatura constante:

P1V1 = P2V2P es inversamente proporcional a V. En inspiracin el Alvolo Vol., y suspresiones , lo cual crea grandiente para que entre el flujo de aire desde la atmsfera.

Ley de CharlesA Presin constante:

El volumen es proporcional a la TemperaturaA volumen constante, P es proporcional a T.

Ley de AvogadroEl N de molculas es igual cuando Ves constante y T y P son iguales.

La Ley de HenryEl volumen de un gas disuelto en lquidos es proporcional a su presin parcial.

La Ley de los Gases IdealCombina la mayora de los factores:

= N de molesR = Constante de los gases (62.4)T = Temperatura AbsolutaV = Volumen.

La Ley de DaltonCada gas desarrolla una presin propia (Presin Parcial), como si estuviese solo.La Presin Total es de todas. Los gases tienden a ocupar todo el espacio.

La Ley de Dalton

ElementoAire atmosfricoAire Alveolar%mm Hg%mm HgNitrgeno78.62597.074.9569.0Oxgeno20.84159.013.6104.0CO20.040.35.340.0Agua0.503.76.247.0Total100760.0100760.0

La Presin Parcial de un gas.PP = % x Presin Atmosfrica Total.Ejemplo del O2: 20.84 % x 760 mm Hg = 160 mm Hg

Difusin de los Gases a travs de la membrana A-CEl gas se expande para ocupar el espacio alveolar.Movimiento de partculas da la Energa. 4 Factores de la Membrana A-C.

La Membrana A-CFactoresEspesor de la MembranaCoeficiente de Difusin de los gases.Superficie de la MembranaGradiente de Presin

El Espesor de la MembranaEst en relacin inversa con la Difusin del Gas.Estados anormales: Edema y Fibrosis.

El Coeficiente de Difusin de los Gases Ley de Difusin de Fick: La velocidad de difusin de un gas atravs de una membrana es proporcionala:Superficie de la membranaPEspesor (Inversamente)

El Coeficiente de Difusin de los Gases4.- Solubilidad del Gas. 5.- Raz cuadrada del Peso Molecular. El caso del CO2: tiene menor gradienteque el O2 pero difunde ms rpido

La Ley de Laplace-YoungLa burbuja de jabn.El O2 debe pasar por una interfase H2O-Gas.Esa interfase es uno de los determinantes de la Tensin Superficial.Las molculas de H2O estn unidas y tienen carga elctrica.

La Ley de Laplace-YoungEl Surfactante es factor importante.Se evita que el pulmn se distienda en exceso.

La Superficie de la Membrana.Las infecciones pulmonares.El Enfisema.La FibrosisExtirpacin de lbulo.

El Gradiente de Presin P entre entre los Alvolos y la Sangre.Difusin de gases bidireccional.

El Proceso Respiratorio.

3.- El Transporte de los Gases

El Transporte de Gases en Sangre. 1.- Transporte de O2 del Alvolo a los tejidos.2.- Transporte del CO2 de los tejidos al Alvolo

Transporte de OxgenoDos formas: Combinacin qumica con la Hb de los GR (97%) HbO2Libre, disuelto en el H2O. (3%)

Valores Normales de la Hb. A nivel del mar. Hombre: de 13.0 a 16.0 g/LMujer: de 12.0 a 15 g/L.

Funciones de la HbFacilita el transporte de O2 **Facilita el transporte de CO2 **Funcin Buffer del pH en el EABTransporte de NO en el GR.

Modificacin de la Curva de DisociacinLa Temperatura corporalEl pH de la sangreLa 2,3-DPGLa P50.

Modificacin de la Afinidad del O2 por la Hb.La Temperatura corporal: Se desva hacia la derecha cuando esta aumenta, produciendo de la afinidad. Es favorable a nivel de los tejidos, favorece descarga del CO2.

Modificacin de la Afinidad del O2 por la Hb. 2.- El pH de la Sangre. Efecto Bohr

Modificacin de la Afinidad del O2 por la Hb.3.- La Concentracin de 2,3-DPG eritrocitario. Une las cadenas de HbO2. Factor importante en respiracin celular.

3.- La Concentracin de 2,3-DPG eritrocitario.

Su aumento desva la curva a la derecha.La liberacin de O2 de la Hb. En el ejercicio.En la Bronquitis crnica.

Modificacin de la Afinidad del O2 por la Hb.4.- La P50. Es la pO2 en la cual el 50% de la Hb est saturada. Indicador til Valor normal de 26 a 28 mm Hg. Su aumento desva la curva a la derecha.

El Transporte de CO2. Desde los tejidos hacia el Pulmn Es 20 veces ms soluble que el O2.Se transporta en 3 formas:Como HCO3. La + importante. = 60%Disuelto en plasma: 2.7 mL/dL 45 mm Hg) = 10%Compuestos Carbaminos. = 30%

El CO2 como HCO3 Anhidrasa Carbnica

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3

Efecto Haldane La desoxigenacion de la sangre favorece su capacidad de transportar CO2La Hb amortigua el H+.

El CO2 como HCO3Destino del HCO3. 70% Al plasmaHCO3 30% se intercambia con Cl-

El Desplazamiento del Cloruro

El Desplazamiento del Cloruro

Los Gases en SangreSon pruebas funcionales Pulmonares y Renales.Estudian oxigenacin y EAB. pH arterial 7.35 7.45HCO3 : 22-28 mEq/LpCO2: 35-45 mm HgpO2: 97 mm Hg.

Transporte de CO2 en Plasma.Compuestos Carbaminos. 30% en esta forma. Amino terminal de las Protenas.En el Eritrocito (La Globina)Se forma la Carbamino-Hb

Los Trastornos de los Gases Pulmonares.Hipoxia o Hipoxemia: pO2Intoxicacin por OxgenoHipercapnia. pCO2Metahemoglobinemia.(In ferroso)

La Relacin Ventilacin-Perfusin. En la zona respiratoria alveolar. Equilibrio entre la Ventilacin Alveolar (4.0 L/min) y el FS o Perfusin o GC derecho. (5.0 L/min).

El Cociente Respiratorio [R]

El Proceso Respiratorio.

4.- Intercambio gaseoso celular.

Intercambio gaseoso celularA.- El Oxgeno: proceso complejo. Inverso al ocurrido en el Alvolo.GR (Hb) Clula.Saturacin de la Hb con O2: 97.5%.2 Factores.

Intercambio gaseoso celularA.- El Oxgeno.- 2 Factores: 1.- El contenido arterial de O2: Disuelto: 0.3 mL/100 mL de sangre + Hb (Frrico): 1.36 mL O2/g Hb. 2.- La Curva de disociacin de la Hb.

Los 3 Sistemas que llevan O2 a las clulas: El Sistema CardiovascularEl Sistema RespiratorioEl Sistema Hematolgico.

Intercambio gaseoso celularB.- El CO2 De la clula al GR: Por gradientePor su solubilidad en la membranaTransporte: 3 formas conocidas. El Cl-

El Cl- en la respiracin celular.El desplazamiento del Cloro.

Funcin del Cl-: mantener la neutralidad intracelular.El H+ es poco permeable.

El Proceso Respiratorio.5.- El Pulmn y la Regulacin del EAB

Ecuacin Fundamental del EAB Anhidrasa Carbnica

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3

H2O + CO2

Ecuacin pH ~ HCO3 pCO2

Trastorno BsicopH ArterialFormas ClnicasCambios BioqumicosAcidosisDisminuidoMetablica HCO3Respiratoria pCO2AlcalosisAumentadoMetablica HCO3Respiratoria pCO2

El E.A.BSistemas BufferLos Lquidos CorporalesEl PulmnEl Rin.

El Sistema Buffer de los Lquidos Corporales.Son: El HCO3 del Plasma. Las Protenas. La Hemoglobina (Hb)

El Sistema Buffer de los Lquidos Corporales. Caractersticas.Rpido e inmediato.Poca potencia.Fugaz (Corta duracin).

El Sistema Buffer Pulmonar . Caractersticas.Modificando la Ventilacin PulmonarPermite expulsar o retener CO2 y as modifica la pCO2.Es intermedio en comienzo, potencia y duracin del efecto.

El Sistema Buffer Renal . Caractersticas. Tardo en actuar.El ms potente.El de ms larga duracin.

El Proceso Respiratorio.6.- La Regulacin de la Respiracin.

Control de la RespiracinNervioso o Neural: Los ReflejosQumicoControl de los msculos respiratorios.

El Control Nervioso o Neural. Mecanismos reflejos a travs de ReceptoresVoluntario: Corteza, fascculos crtico-espinales. Involuntario: Protuberancia y Bulbo, por el puente de Varolio. (Zona respiratoria Central).

El Control Nervioso o Neural.Mecanismos ReflejosEstmulos: pH (Sangre y LCR) pCO2 pO2 Substancias irritantes.

El Control Nervioso o Neural.Mecanismos ReflejosReceptores: Quimiorreceptores articos y carotdeosQuimiorreceptores de subst. Irritantes.Quimiorreceptores Centrales, en el Bulbo. Mecanorreceptores de las vas areas (Reflejo de Hering-Brauer: se disminuyen las descargas inspiratorias via vagal).

El Control Nervioso o Neural.Mecanismos ReflejosCentros:Zona respiratoria BulbarProtuberancial: Centro Apnustico Centro Neumotxico

El Control Nervioso o Neural.Mecanismos ReflejosRespuesta:Cambios en la Ventilacin Pulmonar.TosEstornudo

El Reflejo de la TosReceptores Vago Bulbo Efecto (TOS)

Inspiracin de aire Cierre de epiglotis y cuerdas vocales Contraccin muscular abdominal Presin pulmonar

Apertura de cuerdas vocales y epiglotis

Salida de aire en estallido (120-160 Km/h)

Caso Problema.Un nio de 7 aos fue intervenido por Apendicitis Aguda. Anestesia General.Post-ciruga: No despiertaFR = 10 x min.pH = 7.21HCO3 = 25 mEq/L pCO2 = 64 mm Hg.pO2 = 73 mm Hg.