FISIOLOGIA RESPIRATORIA 3 TECMED

FISIOLOGIA RESPIRATORIA RESPIRATORIA 3 TECMED Transporte e intercambio de gases

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INTERCAMBIO DE GASES

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Difusión a través de la memb membra rana na resp respir irat ator oria ia

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Mecanismos básicos de transporte de gases Dos formas de transporte: disolución en agua y combinación química. La mayor parte del O2 y CO2 es transportada en combinación química. Solamente el gas que está disuelto expresa una presión parcial y difunde desde una zona de mayor a menor   presión parcial. Existe un equilibrio dinámico entre las dos formas:

Gas disuelto TECMED 2009

Combinación química DR. H. FIGUEROA Ph.D.

Transporte de Oxígeno

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Transporte de Oxígeno •

forma

Porcentaje

• Disuelto en plasma

1.5 %

• Combinado con Hemoglobina

Bound to Hgb Dissolved

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98.5 %

Hemoglobina

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Estructura de la Hemoglobina Hemoglobina es una proteína compuesta de 4 subunidades.Cada una de ellas tiene un grupo heme unido a una cadena polipeptídica

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Formación de Oxihemoglobina • Oxyhemoglobina se forma cuando una molécula de O2 se une en forma reversible a la  porción heme de la hemoglobina. La unidad heme contiene Fe 2+ que provee la fuerza de atraccción . El proceso se resume como: O2 + Hb

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HbO2

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En el adulto normal, la hemoglobina contiene 2 cadenas α y 2 cadenas β. Cada uno de los 4 átomos de hierro puede ligar una molécula de O2 en forma reversible. El hierro permanece en estado ferroso, de modo que la reacción es de oxigenación y NO de oxidación. Cuando la molécula de hemoglobina está saturada en O2 (4 O2 en una molécula de hemoglobina), se escribe Hb4O8. La reacción es rápida; se requiere menos de un 0.01 secondo. La desoxigenación de la Hb4O8 es también muy rápida. TECMED 2009

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Conceptos básicos Capacidad de oxígeno: La máxima cantidad de O2 que que se pueden combinar con Hb en una unidad de volumen de sangre; normalmente equivale a 1.34 ml de O2 por g de Hb o 20 ml de O2 por 100 ml de sangre.

Contenido de Oxígeno : cantidad de oxígeno que está presente en la sangre en un lugar y momento dado.

Saturación de Oxígeno: Porcentaje de la capacidad de O2 que está combinado con Hb en un momento y lugar dado. TECMED 2009 DR. H. FIGUEROA Ph.D.

curva de disociación de la hemoglobina Curva que relaciona el % de saturación de la Hb que alcanza a diferentes  presiones  parciales de O2. TECMED 2009

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La curva se puede desplazar

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Factores que desplazan la curva de disociación de la hemoglobina:

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1. pH y PCO2: Efecto Bohr 

pH PCO2

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2. Temperatura

t °C

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3.

2,3-difosfoglicerato, 2,3,-DPG Un subproducto de la glicolisis anaeróbica . Presente en alta concentración en eritrocitos. La afinidad de la hemoglobina por O2 disminuye a medida que la concentración de 2,3-DPG incrementa en los eritrocitos.

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Desplazamiento a la izquierda (Afinidad aumentada) Baja de temperatura Baja de 2,3 DPG Baja de acidez Hipocapnia (baja PCO2)

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Desplazamiento a la derecha (Afinidad reducida) Alza de temperatura Alza de 2,3 DPG Alza de acidez Hipercapnia (alta PCO2)

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Desplazamiento de la curva de disociación de la hemoglobina

   %   n    ó    i   c   a   r   u    t   a    S

PO2 TECMED 2009

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Desplazamiento de la curva en pulmones y tejidos sist émicos Incremento de liberación de O2 a tejidos sistémicos.

Incremento en la captación de O2 en los pulmones TECMED 2009

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Bohr Effect

Bohr Shift Curve

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Efecto del Monóxido de Carbono (CO) CO se combina con Hb en el mismo sitio que lo hace el O2 y puede desplazar O2 desde la Hb. CO se une con una afinidad alrededor de 250 veces mayor que la del O2. Por consiguiente, una PCO solo un poco mayor que 0.4 mmHg puede ser letal. TECMED 2009

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Transporte de CO2

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Transporte de CO2 forma

Porcentaje

• Disuelto en el Plasma

7 - 10 %

• Quimicamente unido a Hemoglobina del eritrocito

20 - 30 %

• Como ion bicarbonato en el Plasma TECMED 2009

60 -70 % DR. H. FIGUEROA Ph.D.

Transporte del Dióxido de Carbono

Dissolved bound to Hb HCO3-

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Formación de carbaminohemoglobina • La molécula de CO2 se une en forma reversible a una porción amino de la hemoglobina

CO2 + Hb

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HbCO2

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Compuestos carbamínicos

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Formación de bicarbonato H2CO3

CO2 + H2O ANHIDRASA CARBÓNICA

H2CO3

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H+

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+ HCO3-

Formación de bicarbonato en tejidos sistémicos

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Observe que la hemoglobina captura un protón en condiciones de baja PO2 . Posteriormente lo libera en el alvéolo, de altaPh.D. PO2. DR. zona H. FIGUEROA

DESPLAZAMIENTO DE CLORURO EN CAPILARES TISULARES SISTÉMICOS

Observe el ingreso de CO2, su transformación aácido carbónico por la enzima CA y su posterior ionización a bicarbonato. Este sale del eritrocito e TECMED 2009 DR. H. FIGUEROA Ph.D. ingresa cloruro.

DESPLAZAMIENTO DE CLORURO EN CAPILARES PULMONARES Pulmonary Capillary

La unión de O2 con Hb la hace más ácida, favoreciendo la liberación de protones. Estos reaccionan con HCO3- formando H2CO3 y liberando CO2 gracias a la actividad de la anhidrasa carbónica. Observe el intercambio

TECMED 2009 de bicarbonato

por cloruro

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Curva de disociación de CO2 Efecto Haldane Para una PCO2 dada la sangre cargará más CO2 cuando existe una presión  parcial de O2 disminuída.. Refleja la tendencia que un incremento en la PO2 disminuye la afinidad de la hemoglobina por  CO2. TECMED 2009

PO2 40 mmHg

PO2 100 mmHg

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Mecanismo del efecto Haldane: La combinación de O2 con Hb en los pulmones causan que la Hb se comporte como un ácido más fuerte. Entonces: 1) Una Hb más acídica tiene menos tendencia a combinarse con CO2 para formar CO2 Hb. 2) El aumento de acidez de la Hb le induce además a liberar un exceso de H+

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Consecuencias del efecto Haldane • Facilita la carga de CO2 a la hemoglobina en los tejidos sistémicos, donde existe una PO2 baja (46 mmHg) • Facilita la descarga de CO2 en el alvéolo, donde existe una PO2 alta (100 mmHg)

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Efectos Bohr y Haldane

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REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

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Centro Respiratorio

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Centro Respiratorio

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Vías de control de músculos respiratorios

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Control de la ventilación • La ritmicidad de la respiración es primariamente controlada por áreas específi cíficcas neurales les loc localiz lizadas en la médu médula la y el pue puente nte del del cereb erebro ro.. • Esas áreas poseen propiedades de moni monito tore reo, o, est estim imul ulan ante tess e inhi inhibi bido dora rass que que cont contin inua uame ment ntee ajust justan an el patr patrón ón resp respirirat ator orio io con con el fin fin de de cum cumpl plirir con con las las nece necesi sida dade dess meta metabó bólilica cass espe especí cífifica cas. s. TECMED 2009

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Control de la Ventilación • Para comprender como ocurre el control de la vent ventililac ació ión, n, uno uno debe debe tene tenerr un con conoc ocim imie ient ntoo básico de: – La fun función de los comp omponen nentes res respira pirattorios rios de la médula. – La influ fluenc encia de lo los centr entroos resp espirator torios pont pontiinos sobr sobree los los com compone ponent ntes es res respira pirato tori rios os de la médu médula la.. – Los sistemas de monitoreo que afectan los comp compone onente ntess de la méd médula ula.. – Los Los re refle flejos que que infl nfluen uencian cian la ve ventil ntilaación pulmonar. TECMED 2009

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Comp Co mpon onen ente tess resp respirirat atooririos os del del tall talloo cerebral

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Compo ompone nent ntes es resp respirirat ator orio ioss del tall talloo cerebral Complejo generador de ritmo respiratorio básico

Grupo respiratorio dorsal (DRG), con acción inspiratoria

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Centro neumotáxico, con efecto inhibitorio

Centro apnéustico, con acción estimulante de la inspiración Grupo respiratorio ventral (VRG), con acciones estimulan estimulantes tes inspirato inspiratorias rias y espiratorias

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Los componentes respiratorios de la médula • Dos grupos de neuronas respiratorias de la médula oblongata son responsables de coordinar la ritmicidad intrínseca de la respiración:  – El grupo respiratorio dorsal (DRG)  – El grupo respiratorio ventral (VRG) TECMED 2009

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Grupo respiratorio dorsal DRG •El grupo respiratorio dorsal (DRG) consiste principalmente de neuronas inspiratorias •Se cree que es responsable del ritmo básico de la ventilación (complejo Pre-Bötzinger). •El DRG: –Recibe señales que informan de las demandas respiratorias.  –Evalúa y prioriza las diferentes señales –Emite impulsos neurales cada varios segundos a los músculos inspiratorios. TECMED 2009

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Complejo Bötzinger...¡Salud! • El complejo de Bötzinger y el complejo pre-Bötzinger son un grupo de neuronas de la médula que controlan, aunado a otros centros, el ritmo respiratorio. Como es típico en ciencia, primero se descubrió el Bötzinger a secas y años más tarde se dieron cuenta que en realidad era una zona un poquito más abajo la que era importante en el control de la respiración y le pusieron pre-Bötzinger TECMED 2009

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Pero, ¿de dónde viene el nombre Bötzinger? Corría el año de 1978 cuando Jack Feldman se encontraba en medio de un fastuoso banquete en medio de un congreso en Alemania. Un año antes había encontrado una zona cerebral de donde se mandaban señales para inspirar y espirar. Sin embargo, Feldman no había asignado ningún nombre todavía a la zona en cuestión. Entonces, se levantó y propusó un brindis para nombrar a la susodicha región con algún atractivo del congreso. Feldman instintivamente agarró la botella de vino junto a él, un Bötzinger (blanco). Así fue como pasó a los libros el nombre de complejo de Bötzinger para la posteridad.

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Grupo respiratorio ventral El grupo respiratorio ventral(VRG) contiene tanto neuronas inspiratorias como espiratorias. Durante la respiración tranquila el VRG está prácticamente inactivo. Durante el ejercicio intenso o estrés el VRG envía impulsos a los músculos inspiratorios y a los músculos de espiración forzada. TECMED 2009

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Los Centros Pontinos • Son : – El centro Apneustico – El centro neumotáxico

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Centro apnéustico -si se le deja sin control, envía impulsos neurales al DRG que provocan un tipo de inspiración boqueada o gasping. TECMED 2009

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CENTRO NEUMOTÁXICO

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Aumenta la ritmicidad respiratoria al reducir la profundidad de la inspiración y aumentar la frecuencia respiratoria.

   N     Ó    I    C    C    A    E    D    S    E    L   S    A    I    O    I    C   R    N   O    E   T    T   A    O   R    P   I    E   P    S    D   N    I    A    I    C   S    N   O    E   L    U   U    C   C    E   S    R   U    F   M

RAMPA INSPIRATORIA CENTRO NEUMOTÁXICO ACCIÓN INHIBITORIA

GRD

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TIEMPO DR. H. FIGUEROA Ph.D.

Inspiración y espiración activa

Frecuencia de potenciales de acción durante y H.espiración . TECMED 2009 inspiración DR. FIGUEROA Ph.D.

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SISTEMAS DE MONITORIZACIÓN DE LA MÉDULA • Los sistemas de mayor importancia que actúan sobre los centros medulares (DRG and VRG) son los:  – Quimiorreceptores centrales  – Quimiorreceptores periféricos

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Control: quimiorreceptores • Detectan  – AUMENTO DE PCO2 (hipercapnia)  – DISMINUCIÓN DE O2 (hipoxia)  – AUMENTO DE H+ (acidosis)

• Tipos  – Centrales: H+.  – Periféricos: PO2, PCO2, H+, Flujo sanguineo, temperatura TECMED 2009

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Quimiorreceptores centrales •El estímulo más poderoso que conocido que afecta a los componentes respiratorios de la médula es un exceso de en la concentración de hidrogeniones [H+] en el Líquido Cerebro Espinal CSF. •Los quimiorreceptores centrales son responsables de monitorear la concentración de H+ en el CSF. •Una porción de el área quimiosensitiva está en contacto con el CSF. TECMED 2009

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Los H+ de la sangre no llegan directamente al área quemosensitiva a través de la barrera hematoencefálica, ya que son poco permeables.

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Sin embargo, el CO2 difunde en forma rápida a través de las membranas y puede liberar protones a través de su conversión a H2CO3 DR. H. FIGUEROA Ph.D.

Quimiorreceptores periféricos • Son células especialmente sensibles a la reducción de niveles arteriales de O2.

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Células receptoras sensitivas a O2

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Quimiorreceptores periféricos •CUERPOS

CAROTÍDEOS:

•CUERPOS

AÓRTICOS:

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Quimiorreceptores periféricos • Otros factores que estimulan los quimiorreceptores periféricos incluyen:  – hipoperfusión – Aumento de temperatura – nicotina TECMED 2009

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Reflejos que afectan la respiración – Reflejo de inflación Hering-Bruer – Reflejo de deflación – Reflejos por irritación – Reflejo originado desde receptores J localizados en capilares pulmonares – Reflejo barorreceptor – Otros estímulos

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Reflejo de inflación de Hering-Bruer • Generado por receptores de distensión localizados enlas paredes de pleuras, bronquios y bronquíolos que se activan cuando el pulmón se infla. Estos receptores envían señales a la médula vía nervio vago y producen inhibición de la inspiración. TECMED 2009

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Reflejo de Deflación • Es estimulado cuando los pulmones son comprimidos o desinflados, causando un incremento en la frecuencia respiratoria.

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Reflejo irritante • Cuando los pulmones son expuestos a gases tóxicos, los receptores de irritación pueden ser activados. • Estos receptores se localizan bajo el epitelio de la tráquea, bronquios y bronquíolos. • Cuando son activados producen una respuesta refleja que produce bronquioconstricción, tos y aumento de la frecuencia respiratoria. TECMED 2009

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Receptores J de capilares pulmonares • Los receptores J se localizan en tejidos intersticiales ubicados entre los capilares pulmonares y los alvéolos. • Cuando estos receptores son estimulados se produce un reflejo que gatilla una respiración superficial rápida. • Los receptores J son activados por :

– Congestión capilar pulmonar  – Hipertensión capilar  –Edema  –Émbolos TECMED 2009

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Barorreceptores  – Un alza en la presión arterial sistémica produce: – Reducción de la frecuencia cardíaca y ventilación pulmonar. – Aumento de la frecuencia respiratoria y ventilación pulmonar en respuesta a una reducción de la PA.

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Otros estímulos afectan la respiración : – Agua helada puede producir apnea. – Dolor súbito puede producir apnea, pero dolor prolongado puede producir taquipnea. – Irritación de la laringe y faringe puede producir apnea y posterior tos. – Reflejos musculares y tendinosos (aumentan ventilación en ejercicio) TECMED 2009

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Factores que afectan la respiración

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En condiciones normales, la variable más importante que afecta a la regulación de la respiración es la PCO2. Un alza en la PCO2 estimula la ventilación. TECMED 2009

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Factors Affecting Breathing

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Equilibrio ácido-base • El sistema respiratorio juega un rol importante en la regulación ácido-base, al manejar parte del sistema tampón CO2/bicarbonato.

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