Biofsica de la

Respiracin

Esp. Bioq. Pedro Catania

POR QU RESPIRAMOS?

C6H12O6 + 6 O2 + 38 Pi + 38 ADP 6 CO2 + 38 ATP + 42 H2Oglucosa

Debe incorporarse del exterior

Debe eliminarseal exterior

La oxidacin aerbica de 1 mol de glucosa muestra que se producen 6 moles de CO2 y se consumen 6 moles de O2.

La relacin:CO2 producido

CR = -----------------------------O2 consumido

se llama cociente respiratorio y, en el caso de la glucosa, es igual a 1.

Un hombre, con alimentacin mixta, tiene un cociente respiratorio de 0,825, ya que las aminocidos tienen un CR de 0,83y los cidos grasos uno de 0,71.

Para el hombre, el consumo de oxgeno es del orden de los 250 ml de O2 por minuto en reposo.

El aire tiene 20,98% de O2

Si funcionara con un 100% de eficiencia, bastara incorporar 1.190 ml de aire por minuto

Esto no es as: El hombre realiza unas 12 inspiraciones y espiraciones por minuto y en cada una se mueven unos 500 ml de aire. Por lo tanto, en reposo, moviliza unos 6.000 ml/min de aire para obtener sus 250 ml de O2 por minuto.

Respiracin externa: intercambio de gas entre la sangre y el aire.

Respiracin interna: intercambio de gas entre la sangre y las clulas

Respiracin celular: uso celular del O2 para el metabolismo y produccin de CO2como producto de desecho

Ventilacin:Proceso de entraday salida del aire en los pulmones

Sistema respiratorio: aparato respiratorio,aparato cardiovascular y sangre

CADA PULMN EST

ENCERRADO DENTRO DE UN SACO PLEURAL INDEPENDIENTE.

POR QU INGRESA EL AIRE

A LOS PULMONES?

Ecuacin general del estado gaseoso

P V = n R T

Diafragma contradoel volumen torcico aumenta

Inspiracin

Diafragma relajadoel volumen torcico disminuye

Espiracin

La inspiracin siempre es un movimiento activo

La espiracin en general es un movimiento pasivo

Mecnica respiratoria

CuchilloPulmn colapsadoPleurasVisceral y parietal

Aire

Neumotrax

Diafragma

Costillas

Pleuras visceral y parietal

Espacio intrapleural

Pulmn normal

La integridad de la pleura es esencial para mantener expandidos los pulmones y para la mecnica ventilatoria

VOLUMETRA PULMONAR

VOLMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

La ventilacin es un proceso cclico:

-con un movimiento inspiratorio (ingreso de aire a los pulmones) y -uno espiratorio (egreso de aire de los pulmones).

El volumen de aire que se moviliza se denomina volumen corriente (VC) o volumen ventilatorio(VV: 500 ml)

La espirometra es una tcnica que mide los volmenes y capacidades pulmonares

Agua

Aire Insp. Esp. Insp. Esp.

El volumen de aire que se moviliza se denomina volumen corriente (VC) o volumen ventilatorio(VV: 500 ml) o volumen tidal (VT)

El volumen de aire que ingresa puede ser modificado voluntaria o involuntariamente gracias a que existe un Volumen de Reserva Inspiratorio (volumen de aire que puede ser inspirado forzadamente luego de una inspiracin normal). VRI :3100 ml

El volumen de aire que egresa tambin puede ser modificado voluntaria o involuntariamente gracias a que existe un Volumen de Reserva Espiratorio(volumen espirado forzadamente luego de una espiracin normal). VRE: 1200 ml

Cuando se elimina el VRE de los pulmones queda todava un volumen de aire que no puede ser eliminado y se denomina Volumen Residual. VR: 1200 ml.

Capacidad Pulmonar Total

CPT = VRI + VV + VRE + VR = 6000 ml

Capacidad Vital (CV) = VRI + VV + VRE = 4800 ml

Se define CV como la mxima cantidad de aire que se puede movilizar en un movimiento respiratorio.

Capacidad Inspiratoria (CI) = VRI + VV = 3600 ml

Se define CI como la mxima cantidad de aire que se puede inspirar luego de una espiracin normal.

Capacidad Residual Funcional

CRF = VRE + VR = 2400 ml

Se define CRF como el volumen de aire contenido en los pulmones luego de una espiracin normal

ANATOMA DEL SISTEMA RESPIRATORIOZona de conduccin: Funcin de calentar, limpiar, humedecer

Zona respiratoria:Funcin de intercambio de gases

Epitelio ciliado de la trquea

Cilios

ClulasSecretorasde moco

VAS RESPIRATORIASZo

na d

e co

nduc

cin

Z.R

esp

ZONA RESPIRATORIA: ALVEOLOS

Saco alveolar

Capilares

Bronquiolorespiratorio

Clula tipo II

Clula tipo I

Capilares Fibras elsticas

Macrfago

La unidad alveolo-capilar es el lugar donde se efecta el intercambio de gases.

eritrocito

CapilarAlvolo

Macrfago

Clula alveolar tipo II

Clula alveolar tipo I

Membrana respiratoria

0.5 m

VENTILACIN PULMONAR

La ventilacin pulmonar es la cantidad de aire que movilizan los pulmones por minuto.

Ventilacin pulmonar = VC x frec. respiratoria

VENTILACIN ALVEOLAR Y ESPACIO MUERTO

Las regiones que no realizan hematosis constituyen el llamado ESPACIO MUERTO ANATMICO.

La ventilacin alveolar (aire que s realiza hematosis) ser:

Vent. alveolar = (VC Vol. del Esp. Muerto) x frec. Resp.

ESPACIO MUERTO FISIOLGICO

ESPACIO MUERTO FUNCIONAL

Resistencias que se oponen a la ventilacin

Resistencia elstica

Resistencia de la vas areas

1- Distensibilidad pulmonar

2- La tensin superficial en la superficie alveolar

3- Distensibilidad del trax

4- Distribucin de aire en los pulmones

RESISTENCIA ELSTICA

Distensibilidad

Distensibilidad = grado de distensin / fuerza

La medida de la distensibilidad pulmonar es un dato til en medicina, pues informa sobre el estado de las paredes del rgano.

La distensibilidad tambin se la conoce con la palabra inglesa compliance.

Si se introducen cantidades conocidas de aire a los pulmones y se miden las presiones que se generan, se obtiene una grfica como la siguiente:

Disminucin en la Compliance

Aumentos en la Compliance

Factores que afectan a la compliance

- Fibrosis: cicatrices en el intersticio. - Falta de surfactante pulmonar

- Edad- Enfisema Pulmonar

Fenmeno por el que el estado de un material depende de su historia previa. Se debe a un fenmeno de inercia, por el que los materiales ofrecen resistencia al cambio, lo que hace que las modificaciones sean distintas, cuando el cambio ocurre en un sentido o en el contrario

HISTRESIS PULMONAR

La histresis se debe a la progresiva apertura de alveolos colapsados que ocurre durante el periodo de insuflacin, lo que hace que la compliance pulmonar sea mayor durante la deflacin.

Cuando insuflamos con liquido el pulmn, evitamos ese problema, ya que no tenemos que vencer ninguna tensin superficial, entoncesla histresis se reduce casi a 0.

Al tener el alvolo slo la superficie interna en interfase gas-lquido, la ley de Laplace se reduce a:

P = 2T / r

La ley de Laplace predice que la presin sera mayor en los alvolos de menor radio.

La ley de Laplace establece la relacin existente entre la presin (P), la Tensin (T) y el radio (r) en una burbuja:

P = 4T / r

Para el agua a 37 C, = 70 dina/cm.

Para el plasma = 50 dina/cm

Para la superficie alveolar = 25 dina/cm, debido a la existencia de una fosfolipoprotena llamada surfactante pulmonar.

El principal componente activo del surfactante pulmonar es la dipalmitlfosfatidilcolina.

La tensin superficial del lquido alveolar no es constante.

Vara con el rea alveolar.

QU OCURRIRA SI LA TENSIN SUPERFICIAL FUESE CONSTANTE?

-Se requerira un enorme esfuerzo inspiratorio para insuflar los alvolos al principio, cuando el radio es menor.

- An con ese gran esfuerzo, slo se dilataran los alvolos de mayor tamao ya que seran los de menor presin interna.

- Los alvolos menores se vaciaran en los alvolos grandes ya que se comunican entre ellos por los poros de Kohn y los canales de Lambert.

Al ser el surfactante un factor de superficie, su concentracin (y por lo tanto su accin) aumenta cuando el radio disminuye.

Es decir, que al disminuir r disminuye T

Si faltase el surfactante, por ejemplo en la enfermedad de membrana hialina, del recin nacido, puede sobrevenir la muerte en 48 a 72 horas.

Tratamiento: Surfactante Pulmonar Sinttico

(Colfosceril palmitato)

por instilacin intratraqueal

DISTENSIBILIDAD DEL TRAX

Cuando se realiza la inspiracin los msculos deben vencer no slo la oposicin elstica del pulmn, sino tambin la de las paredes elsticas.

En realidad, al comienzo de la inspiracin las paredes de trax ayudan a los msculos inspiratorios porque est alejado de su posicin de reposo.

Est disminuida en obesidad, enfermedades de los msculos torcicos y en enfermedades osteoarticulares.

DISTRIBUCIN DE AIRE EN LOS PULMONESLa distribucin del aire no es homognea.

De pie, la ventilacin de las bases pulmonares es mayor que la de los vrtices porque los alvolos del piceestarn ms distendidos que los basales y se har ms difcil distenderlos an ms y por lo cual ventilan menos que los de la base.

RESISTENCIAS DE LAS VIAS AREAS

Al ponerse en movimiento una masa gaseosa, las molculas ms perifricas colisionan con las paredes del conducto, perdiendo velocidad y luego, al desplazarse hacia el centro de la corriente y colisionar con las otras molculas, transmite la oposicin al flujo gaseoso. De esta manera la velocidad es mxima en el centro y mnima en la periferia.

La resistencia guarda con el flujo de aire y con la presin que la origina, una relacin similar a la establecida por la ley de Ohm para la electricidad

I = V/R

Para los gases

V = P / R

donde

V = flujo de aire,

P = diferencia de presiones entre los extremos del tubo

R = resistencia al flujo de aire

R = 8 L / r4donde

L es la longitud del tubo es la viscosidad y r es el radio del tubo.

Esta ecuacin se cumple siempre que el flujo sea laminar

RESISTENCIA FLUIDODINMICA( ley de Poiseuille )

Si el radio disminuye a la resistencia aumenta 16 veces (!)

R = 8 L / r4

En serie

Rtotal = R1 + R2 + etc.

R nasal + R farngea + R larngea + R trquea

En paralelo

1/R total = 1/R1 + 1/R2 + etc.

Desde bronquios hasta conductos alveolares

NMERO CRTICO DE REYNOLDS

Re = 2 r v /

Re < 2000 el flujo ser laminar

Re > 3000 el flujo ser turbulento.

BIBLIOGRAFA

Fisiologa Respiratoria, 7 edicin, John B. West, Editorial Mdica PanamericanaFisiologa Mdica en Esquemas, J. Ward, R. Clarke, R. Linden, Editorial CTM Servicios Bibliogrficos S. A.Fisiopatologa Pulmonar, 6 edicin, John B. West, Editorial Mdica PanamericanaFisiologa Respiratoria, Ignacio Gonzlez Bernaldo De Quirs, CTM Servicion Bibliogrficos S. A.Color Atlas of Physiology, 5th edition, Agamemnon Despopoulos, ed. Thierne-Stuttgart N.Y.Manual de Fisiologa y Biofsica para Estudiantes de Medicina, Ricardo Montoreano, edicin on lineFsica para las Ciencias de la Vida, 2 edicin, Alan H. Cromer, Editorial RevertTratado de Fisiologa Mdica, 10 edicin, Guyton Hall, Editorial Mc Graw - HillFsica Universitaria, 11 edicin, Sears Zemansky Young Freedman, Editorial Pearson