FISIOLOGA DE LA RESPIRACIN Difusin, Transporte de Gases

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FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN(Difusión,
Transporte de Gases)

• Fabiola León-Velarde
• Dpto. de Ciencias Biológicas y Fisiológicas
• Laboratorio de Transporte de Oxígeno

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Gradiente de presión de O2 del ambiente hasta los
tejidos.
INSP ALV ART CAP
VEN-M
140
100
PO2 (mm Hg)
60
40 mmHg
20
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PROCESOS FISICOS RESPONSABLES DE LA RESPIRACIÓN

• DIFUSIÓN Es el movimiento de moléculas de un gas
  de una alta concentración a una baja
  concentración de acuerdo a sus presiones
  parciales individuales.
• CONVECCIÓN Es el movimiento de un gas de una
  alta concentración a una baja concentración en
  función del movimiento del medio en que se
  encuentra dicho gas.

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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)
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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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DIFUSIóN

• Ley de Fick
• Vg . Dg x A (Palv - Pcp)
• d
• DL
• donde A área de superficie total
• Dg coef. de difusión del gas
• d distancia recorrida
• DL 25 ml/min/mm Hg

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(No Transcript)
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MEDIDA DE LA DLCO

• Inspiración única de una mezcla diluída de CO
• Mantener la respiración por 10 segundos.
• Medida de transferencia de CO, y comparación de
  las concentraciones en el aire inspirado y
  espirado.
• Valor normal 25 ml/min/mmHg

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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
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TRANSFERENCIA DE GASES

• Limitado por Perfusión

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Difusión de O2 en Normoxia
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TRANSFERENCIA DE GASES

• Limitado por Difusión ? Limitado por Perfusión
• (en tejidos)
• PA PA
• Pa En pulmón Pa
• refleja anormalidad
• 40
• Inicio (long. Capilar) Fin Inicio
  (long. Capilar Fin

100
100
40
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TRANFERENCIA DE GASES

• Limitado por Difusión
• CO Se mantiene el gradiente y la transferencia
  de gas puede continuar.Sólo las características
  de la membrana alveolo capilar limitan este
  intercambio.
• Limitado por Perfusión
• N2, CO2, O2 El gradiente se pierde rapidamente
  (PAPa). La transferencia del gas es función del
  flujo.
• Para que continúe el proceso de transferencia del
  gas DEBE fluir sangre adicional.

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INTERCAMBIO GASEOSO LIMITADO POR DIFUSIóN Y POR
PERFUSIóN

• Equilibrio ventilación/perfusión se alcanza
  normalmente a los 0.25 seg.
• Limitada por difusión a nivel tisular
• PAgtPCAP porque hay poca afinidad por el gas o
  porque ha sido captado por la hemoglobina, como
  en el caso de CO.
• Limitada por perfusión a nivel pulmonar
• PA PCAP

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Diferencia A-a

• 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 varían en 100 O2.

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Transporte e Intercambio de Gases

• Membrana alveolo-capilar epitelio alveolar,
  endotelio capilar, espacio intersticial y
  sustancia surfactante alveolar.
• Difusión (por diferencia de presiones) de O2 y
  CO2 en direcciones opuestas entre alveolos.
• La presión es directamente proporcional a la
  concentración de las moléculas del gas.
• Presión de un gas en solución --gt Ley de Henry

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LEY DE HENRY

• O2 ? . PO2 PO2 O2 / ?
• ? 0.003 ml O2 /100 ml . 1 mm Hg
• Si PO2 100 mm Hg
• O2 0.003 x 100 0.3 ml/100 ml
• 0.3 vol

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b
a
Grupo HEM
Fe
b
a
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Transporte de O2 en la Hb

• 4O2 Hb4 ? Hb4 (O2) 4 reacción reversible
• Hb se combina con 4 moléculas de oxígeno
• 2 formas Oxihemoglobina (forma R) y
  Desoxihemoglobina (forma T)
• Forma de transporte muy eficiente

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Oxígeno en la Hb

• (mM) Hb 4 O2 (mM)
• 1 mmol Hb 64.5 g Hb
• 1 mmol O2 22.4 ml.
• 4 x 22.4 ml/mmol O2 / 64.5 g Hb
• 1.39 ml O2/g Hb
• 15 g de Hb se combinan con 1.34 ml O2 (VN)
• Capacidad de Hb 15 x 1.34 20.1 ml O2 /100 ml
• O2 disuelto O2 0.3 ml O2/100 ml

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22 18 14 10 6 2
O2 total
100 80 60 40 20 0
C de O2 ml/100ml
Sat () Hb
O2 combinado con Hb
O2 disuelto
0 20 40 60 80 100 600
Po2 mmHg
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Saturación de la Hb por el O2

• El porcentaje de saturación es el o grado de
  ocupación de grupos Hem unidos a O2
• Sat Contenido de O2 en la Hb x 100
• Capacidad de O2
• Sat. arterial 99 - 97 PaO2 100mmHg
• Sat. venosa 75 Pv02 40mmHg

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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

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Hb proteína alostérica

• Tiene más de un sitio (4) de unión al ligando.
• Alosterismo cooperativo la unión del 4 ligando
  es más fácil que la del 1, gracias a un cambio
  conformacional en la molécula.

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Hb proteína alostérica

• La unión con el O2 ocurre debido a pequeños
  cambios en la estructura terciaria de los
  segmentos cerca del HEM y un gran cambio en la
  estructura cuaternaria.
• Cambio de la forma T (desoxiHb, tensa) a
  R (HbO2, relajada).

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Significado fisiológico de la forma sigmoide de
la curva
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N de Hill 3 (O2 liberado 80)
Log (SatO2/1-Sat02)
n
logPO2 mm Hg
log P50
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P50
Log (SatO2) log K n log PO2
(1-SatO2) A SatO2 50 log 0.5 0
1- 0.5 0 logK n log P50 Log K - n log
P50 A lt n lt cooperatividad
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Factores que modifican la afinidad de la Hb
oxigenada

• La concentración de iones hidrógeno, H
• La presión parcial de gas carbónico, PCO2
• La Temperatura
• 2,3-DPGCaso especial CO

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Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O2

• La curva se desplaza a la derecha cuando
• ? T, ? PCO2, ? H y ? 2-3-DPG
• La Hb disminuye su afinidad por el O2 y lo
  libera.
• Ocurre en los tejidos.
• En los pulmones ocurre lo contrario.

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Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O2

• ? PCO2, ? H y ? 2-3-DPG
• Se unen a la desoxiHb y estabilisan la estructura
  T, disminuyendo la afinidad.
• Todos los efectores se unen en diferentes lugares
  de las cadenas a y b, pero pueden competir por un
  mismo sitio.
• ? T, debilita la unión entre la Hb y el O2.
  Reacción exotérmica (DH-11 kcal/mol).

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Efecto Bohr

• El incremento de ácidos o CO2 disminuye el pH del
  plasma y mueve la curva de disociación de la Hb
  hacia la derecha.
• ? un aumento de CO2 promueve una mayor entrega de
  O2 a los tejidos a igual PO2.
• Efecto Bohr Dlog P50/DpH

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Factores que afectan la capacidad de la Hb

• Cambios en la concentración de Hb
• Presencia de CO
• Formación
• de metaHb
• (el Fe se oxida a Fe)

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Pregunta de examen

• ( ) La hemoglobina se satura al 50 con
  oxígeno a un PO2 de aproximadamente 27 mm Hg.
• ( ) La hemoglobina de la sangre arterial está
  aproximadamente 97 saturada a un PO2 de 100 mm
  Hg.
• ( ) La unión del oxígeno al HEM convierte el
  fierro ferroso a férrico.
• ( ) El oxígeno disuelto en sangre es función
  lineal de la presión parcial de O2.

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• ( V ) La hemoglobina se satura al 50 con
  oxígeno a un PO2 de aproximadamente 27 mm Hg.
• ( V ) La hemoglobina de la sangre arterial está
  aproximadamente 97 saturada a un PO2 de 100 mm
  Hg.
• ( F ) La unión del oxígeno al HEM convierte el
  fierro ferroso a férrico.
• ( V ) El oxígeno disuelto en sangre es función
  lineal de la presión parcial de O2.

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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

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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.

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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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Hipoxia Tisular

• La cantidad disponible de O2 para el metabolismo
  celular es inadecuada. Existen 4 tipos de
  hipoxia
• Hipóxica (hipoxemia).
• Anémica.
• Circulatoria
• Histotóxica.

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Hipoxemia

• La Hipoxemia es causada por cuatro razones
  principales
• Hipoventilación (enf. Resp.), disminución de la
  PO2, respirar menos de 21 de O2.
• Difusión alterada.
• Cortocircuitos (shunts)
• Relación Ventilación Perfusión alterada.

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Hipoxia Anémica

• La PaO2 es normal, pero disminuye la capacidad de
  la sangre para el O2.
• Es causada por
• Concentración disminuída de Hb.
• CO
• Meta Hb.

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Hipoxia Circulatoria

• La PaO2 y el Cont. O2 son normales, pero
  disminuye la cantidad de sangre y por lo tanto de
  O2.
• La Hipoxemia es causada por
• Disminución de flujo sanguíneo, insuficiencia
  vascular.
• Cortocircuitos (shunts) arterio-venosos.

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Hipoxia Histotóxica

• Es causada por
• La incapacidad de los tejidos de utilizar el O2.
• La PaO2 y el Cont. O2 son normales, pero los
  tejidos están muy hipóxicos.
• La PvO2, el CvO2 y SvO2 pueden estar elevados,
  pues el O2 no está siendo utilizado.