Mecnica y Dinmica pulmonar Transporte de Gases

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Mecánica y Dinámica pulmonar Transporte de Gases

• Fabiola León-Velarde, DSc.
• Departamento de Ciencias Biológicas y
  Fisiológicas
• Laboratorio de Transporte de Oxígeno (LDTA-LID)
• Instituto de Investigaciones de la Altura (IIA)
• Universidad Peruana Cayetano Heredia

2
Gradiente de presión de O2 del ambiente hasta los
tejidos.
INSP ALV ART CAP
VEN-M
NA
140
NNM
100
PO2 (mm Hg)
4,500 m
60
20
3
Variables del intercambio gaseoso
En el pulmón CONVECCIóN MO2 Vaire (CiO2
CeO2) En la membrana alveolo-capilar DIFUSIóN
MO2 DL (PAO2 PaO2) En la sangre CONVECCIóN
MO2 Vsang (CaO2 CvO2) En los
tejidos DIFUSIóN MO2 DT (PcO2 PtO2)
4
Variables del intercambio gaseoso
CONVECCIóN MO2 Vaire (CiO2 CeO2) MO2 masa
de O2 Vaire volumen de aire CiO2
concentración de O2 en aire inspirado CeO2
concentración de O2 en aire espirado. Afectado
por resp/min, volumen corriente, espacio
muerto. DIFUSIóN MO2 DL (PAO2 PaO2) DL
capacidad de difusión del pulmón PAO2 presión
de O2 en aire alveolar PaO2 presión de O2 en
sangre arterial. Afectado por área de
superficie, volumen capilar, espesor de la pared
alveolar, concentración de Hb.
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Variables del intercambio gaseoso
CONVECCIóN MO2 Vsang (CaO2 CvO2) Vsang
volumen de sangre CaO2 concentración de O2 en
sangre arterial CvO2 concent. de O2 en sangre
venosa. Afectado por latidos/min, volumen min,
CDHb, 2,3-DPG, Hb, distribución de flujo
sanguíneo. DIFUSIóN MO2 DT (PcO2 PtO2) DT
capacidad de difusión de los tejidos PcO2
presión de O2 en sangre capilar PtO2 presión
de O2 en los tejidos. Afectado por área de
superficie de las células, densidad mitocondrial,
volumen y densidad capilar, concentración de las
enzimas respiratorias.
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Cuántos parámetros pueden variar?

• Contenido arterial de O2 total (plasma)
• es influenciado por
• Composición del aire inspirado
• Ventilación alveolar
• Frecuencia y profundidad de la ventilación
• Resistencia de las vías aéreas
• Distensibilidad pulmonar
• Difusión del O2 entre los alveolos y la sangre
• Area de superficie pulmonar
• Distancia de difusión
• Espesor de la membrana alveolo-capilar
• Volumen de fluído intersticial
• Adecuada relación ventilación/perfusión

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Cuántos parámetros pueden variar?

• Contenido arterial de O2 total (hemoglobina)
• es influenciado por
• Saturación de la Hb
• pH
• Temperatura
• 2,3 DPG
• Sitios de unión para el O2
• Contenido de Hb por glóbulo rojo
• Número de glóbulos rojos

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• Ventilación

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Sistema Respiratorio y Equilibrio Acido-Base

• Ecuación de Henderson-Hasselbach
• Cambios en la PCO2 causan cambios en H por
  acción de masas.
• Aumenta PCO2 acidosis respiratoria
• Disminuye PCO2 alkalosis respiratoria.

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La acción inmediata de la hipoxia de altura

• La estimulación de los quimioreceptores
  carotídeos
• con dos consecuencias ...
• - hiperventilación
• - activación del sistema adrenérgico

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Depresión Ventilatoria Hipóxica (DVH)

• Es la disminución de la respuesta ventilatoria a
  la hipoxia cuando ésta se prolonga de 5 30 min..

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Atenuación de la respuesta ventilatoria a la
hipoxia.

• Ocurre en los nativos y residentes de las grandes
  alturas.

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Atenuación de la RVH

• También se observa en pacientes con enfermedades
  respiratorias crónicas.
• En humanos es una respuesta adquirida, pero ?con
  un componente genético?
• Posibles mecanismos
• La hipoxia induce cambios en los CC (Weil, 1986)
• ? cambia la sensibilidad al O2 de los CC
• ? la sensibilidad del SNC a los estímulos de los
  CC (Powell, 1998)
• Aumenta la inhibición dopaminérgica
• en los CC (Weil, 1986)

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Cambios en el PCO2 en respuesta a la
hipoxia.
PETCO2 , mm Hg
40
30
20
10
NA
NNM
40
80
120 PETO2 , mm Hg
15

• Volúmenes
• Pulmonares

16
(No Transcript)
17
Vol. pulmonares en hipoxia aguda

• lt 4,000 m., no cambia VR, CRF, CPT
• gt 4,000 m., CRF y CPT
• Por pérdida de retractibilidad
• gt 4,000 m., VR
• Por leve edema pulmonar (las vías se cierran
  antes del final de la espiración) o por pérdida
  de retractibilidad
• Aumenta la ventilación voluntaria máxima
• Por reducción de la densidad del aire

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EN HIPOXIA CRóNICA Capacidad vital (CV)
y volumen residual (VR)
Volúmenes pulmonares, l BTPS
8
6
4
2
CV
VR
NNM
NA
19
Flujo pulmonar y resistenciaen hipoxia aguda

• gt 4,000 m., FEP1, pero menos que la vent.
  máxima
• El flujo es exhalado a menor volumen toráxico,
  i.e., a menor flujo máximo
• La resistencia de las vías aéreas disminuye (17)
• Desde el 2do día en la altura
• Debido a la disminución de la densidad del aire y
• en la actividad de los sistemas
  b2-adrenérgico y colinérgico

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Flujo pulmonar y resistenciaen hipoxia crónica

• La resistencia de las vías aéreas no cambia
• Sin embargo, el nativo de altura tiene pulmones
  de mayor capacidad, con esta corrección, la
  resistencia debería ser menor que a nivel del
  mar.

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Trabajo de la Respiración
HIPOXIA AGUDA
HIPOXIA CRONICA
Potencia (cal/min)

• En función de la ventilación
• ? no se modifica
• En función del ejercicio
• ? potencia mecánica
• requerida es lt
• (menor ventilación)

Ventilación (l/min)
22

• Difusión del O2 entre los alveolos y la sangre

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CAPACIDAD DE DIFUSIóN
(DL)
DEPENDE DE
- El componente de membrana - área de
intercambio - distancia de difusión - presión
parcial - El componente sanguíneo - tiempo de
reacción Hb-O2 (flujo sang.) - concentración de
Hb
24
TRANSFERENCIA DE GASES

• Limitado por Perfusión

25
Difusión de O2 en Normoxia
26
PcO2 en función de la longitud del capilar
pulmonar
La integral de Bohr permite cuantificar la
capacidad y el tiempo de oxigenación pulmonar.
dPcO2/DLO2(PAO2-PcO2)/Qb.? dPcO2 , cambio en
la PcO2 cuando cambia la DLO2 a lo largo de los
capilares pulmonares DLO2 , tasa de
transferencia difusiva por una diferencia de
presión parcial efectiva Q es el flujo capilar
pulmonar y ? es el coeficiente de capacitancia de
la sangre. Reordenando la ecuación Q.?.dPcO2
(PAO2-PcO2) . dDLO2. En el estado estable, la
difusión de O2 del aire alveolar a los capilares
pulmonares es igual al transporte de O2 por la
sangre. Integrando la ecuación con límites
apropiados, donde x/xo es el valor fraccional de
la longitud del capilar pulmonar que va de 0 a
1.   PAO2-PcO2(x) / PAO2-PvO2 - (DLO2/Q.?) .
(x/xo)
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Variables relacionadas a la circulación pulmonar
en nativos de nivel del mar y de altura (4,500 m)


Nivel del mar Altura
PA, Torr 95 46.7 Pv, Torr 40 34.8 b,
ml/Torr 0.91 4.2 D, ml/min/Torr 60 72 Q,
l/min 5 5 D/Qb 13.2 3.4

Monge C. y León-Velarde, 2003
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TRANSFERENCIA DE GASES

• Limitado por Difusión ? Limitado por Perfusión
• Palv. Palv.
• Pa Pa
• En pulmón
• refleja anormalidad 50
• Inicio (long. Capilar) Fin Inicio
  (long. Capilar Fin

100 mm Hg
100 mm Hg
29
Diferencia Alveolo-arterial

• PAO2 - PaO2 Valores normales 5-20 mmHg
• CAUSA
• El shunt anatómico normal
• Ventilación/Perfusión alterada.
• La diferencia A-a aumenta con las enfermedades
  pulmonares.
• NOTA Los valores normales aumentan
• en 100 O2.

30
A-aDO2 en nativos (NA) y no nativos (Nna)
aclimatados a la altura.
Nna
40
NA
30
20
10
1
2
3 VO2 , l/min
31
Diferencia Alveolo - Arterial

• Taquicardia
• Aumento del GC
• Vasoconstricción
• pulmonar
• Limitación por difusión
• - Edema subclínico

No disminuye en hipoxia aguda debido a
normal
32

• Transporte de O2 en la sangre

33
Curva de afinidad de la Hb por el O2
SaO2,
100
NM
80
4, 500 m
60
40
20
100 PO2 , Torr
10
50
34
Respuesta ventilatoria a la hipoxia
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Variables diagnósticas en nativos normales de
Altura (4,540 m) y sujetos con MMC

Hb, g/dl 20.8 20.8 28.4 No. GR,
mill/mm3 6.2 6.5 10.0 Hcto, 59.9 55.0
93.8 SaO2, 81.4 59.6 80.0 PACO2, mm
Hg 32.5 35.0 45.6 HCO3-, mM/l 20.9 23.4
28.4 pH, arterial 7.43 7.39 7.46

Monge M. y Monge C, 1966
36
CONTENIDO DE O2

• Cont. O2 Hb Sat O2 x Hb x 1.34
• 0.98 x 15 x 1.34
• 19.7 ml O2 /l00 ml
• Cont. O2 Total
• Cont. O2 Hb Cont. O2 disuelto
• (Cont O2 dis. PAO2 x 0.003 100 x 0.003)
• 0.3 19.7 20 ml O2 /l00 ml sangre

37
Ecuacion del gas alveolar   PAO2 PB 47
FIO2 PACO2 PIO2 PB PH2O x FIO2
0.8   PAO2 760 47 0.21 40 99. 8 mm
Hg 0.8   PAO2 444
47 0.21 30 45.9 mm Hg
0.8   PB presion barometrica PH2O presion
de vapor de agua FIO2 concentración fraccional
de oxígeno inspirado PaCO2 presion arterial de
anhidrido carbonico RQ 0. 8 cuociente
respiratorio

38
CONTENIDO DE O2 a 4,500 m

• Cont. O2 Hb Sat O2 x Hb x 1.34
• 0.80 x 19 x 1.34
• 20.4 ml O2 /l00 ml
• Cont. O2 Total
• Cont. O2 Hb Cont. O2 disuelto
• (Cont O2 dis. PAO2 x 0.003 46 x 0.003)
• 0.14 20.4 20.5 ml O2 /l00 ml sangre

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Aporte de Oxígeno

• ApO2 QT . (Cart O2 x 10)
• 5L x (20 vol x 10
• 1000 ml O2 /min
• Donde QT es el gasto cardíaco o flujo total de
  sangre, Cart O2 es el contenido de O2 en sangre
  arterial (GC Vol.lat x lat/min)
• ApO2 disminuye si se reduce
• La oxigenación de la sangre
• La concentración de hemoglobina
• El gasto cardiaco

40
Diferencia a-v en contenido de O2

• CaO2 - CvO2
• CaO2 20 vol CvO2 15 vol
• CaO2 - CvO2 5 vol
• 50 ml O2 / L
• 50 ml de O2 son extraídos de 1L de sangre
• para el metabolismo tisular.

41
Consumo de Oxígeno

• VO2 QT . (Cart O2 - Cven O2) x 10
• 5L x (5 vol x 10)
• 250 ml O2 /min
• Donde QT es el gasto cardíaco o flujo sanguíneo,
  Cart O2 es el cont. de O2 en sangre arterial y
  Cven O2 es el cont. de O2 en sangre venosa
• 250 ml de O2 son extraídos de la sangre
• en 1 min.

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Coeficiente de extracción de oxígeno

• Coef. E (CART O2 - CVEN O2)
• CART O2
• 5 vol 0.25
• 20 vol
• ApO2 1000 ml O2 /min
• En 1 min, con un ApO2 1000 ml O2 /min y un
  Coef. E de 0.25, 250 ml de O2 son metabolizados
  por los tejidos y 750 ml de O2 regresan a los
  pulmones.

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Diferencia a-v en función del gasto
cardiaco (GC) en ejercicio.
CaO2 Cv02 , ml/L
160
120
80
40
NA
NNM
5
15
25 GC, l/min
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EN RESUMEN
Para disminuir el gradiente de la  cascada de
O2 , i.e., corregir la PvO2 - Aumenta la
ventilación - Aumenta la difusión
alveolo-capilar pulmonar - Aumenta el contenido
arterial de O2 Sin embargo, cualquier alteración
en algunas de las etapas de este proceso, puede
aumentar el gradiente, aumentar la hipoxemia y
perturbar el proceso de aclimatación a la altura.
45
Variables diagnósticas en nativos normales de
Altura (4,540 m) y sujetos con MMC

Hb, g/dl 20.8 20.8 28.4 No. GR,
mill/mm3 6.2 6.5 10.0 Hcto, 59.9 55.0
93.8 SaO2, 81.4 59.6 80.0 PACO2, mm
Hg 32.5 35.0 45.6 HCO3-, mM/l 20.9 23.4
28.4 pH, arterial 7.43 7.39 7.46

Monge M. y Monge C, 1966