Sistema Respiratorio. Fisiología
- 1. V.2- Fisiología respiratoria. Fisiología pulmonar e intercabio de gases Movimientos respiratorios y ventilación pulmonar. Principio básicos del intercambio gaseoso: difusión de oxígeno y dioxido de carbono a través de las membranas respiratorias. Regulación de la respiración: Centro respiratorio, control químico Rafael Sirera Fisiología Humana
- 2. • Conocer la fisiología pulmonar: – Movimientos respiratorios y ventilación pulmonar. • Conocer los principio básicos del intercambio gaseoso – difusión de oxígeno y dioxido de carbono a través de las membranas respiratorias. – Regulación de la respiración: Centro respiratorio, control químico Objetivos de aprendizaje Rafael Sirera Fisiología Humana
- 3. • Ventilación pulmonar consiste en dos fases – Inspiración: flujo de gases en los pulmones – Espiración: salida de los gases de los pulmones • Los procesos mecánicos que dependen de los cambios de volumen en la cavidad torácica – Cambio de volumen cambio de presión – Cambios de presión flujo de gases para igualar la presión • Ritmo respiratorio normal: 12-16/minuto – Bradipnea: < 12/minuto – Taquipnea: > 16/minuto Mecanica de la Respiración Rafael Sirera Fisiología Humana
- 4. Presiones en la Cavidad Torácica Rafael Sirera Fisiología Humana Presión atmosférica; 760 mm Hg Presión intrapleural 756 mm Hg (–4 mm Hg) Pared torácica Diafragma Pulmón Presión intrapulmonar 760 mm Hg (0 mm Hg) Pleura parietal Cavidad pleural Pleura visceral 756 760
- 5. Músculos y Movimientos Respiratorios Rafael Sirera Fisiología Humana
- 6. Inspiración Rafael Sirera Fisiología Humana Secuencia de eventos Cambios de las dimensiones anterior- posterior y superior- inferior Cambios en las dimensiones laterales (vista superior) Las costillas se elevan y el esternon sube al contraerse los intercostales externos. Diafragma se mueve hacia abajo durante la contracción. Contracción de los intercostales externos Los músculos inspiratorios se contraen (El diafragma desciende; la caja torácica se eleva). El volumen de la cavidad torácica incrementa. Los pulmones se estiran: el volumen intrapulmonar aumenta. La presión intrapulmonar cae (–1 mm Hg). El aire (gases) fluye dentro de los pulmones a través de gradiente hasta que la presión intrapulmonar se iguala a cero (igual a la presión atmosférica). Inspiración
- 7. Espiración Rafael Sirera Fisiología Humana Secuencia de eventos Cambios de las dimensiones anterior- posterior y superior- inferior Cambios en las dimensiones laterales (vista superior) Las costillas y el esternon están deprimidos debido a la relajación de los intercostales. Intercostales externos relajados El diafragma se desplaza hacia arriba cuando Se relaja. Los músculos inspiratorios se relajan (El diafragma se eleva; La caja torácica baja debido al retroceso de los cartílagos costales). El volumen de la cavidad torácica disminuye. Retroceso pasivo elástico de los pulmones; volumen intrapulmonar disminuye Presión intrapulmonar sube (to +1 mm Hg). El aire (gases) fluye fuera de los pulmones hasta que el gradiente de presión intrapulmonar es cero E s p i r a c i o n
- 8. 5 seconds elapsed Volume of breath Intrapulmonary pressure Expiration Intrapleural pressure Trans- pulmonary pressure InspirationIntrapulmonary pressure. Pressure inside lung decreases as lung volume increases during inspiration; pressure increases during expiration. Intrapleural pressure. Pleural cavity pressure becomes more negative as chest wall expands during inspiration. Returns to initial value as chest wall recoils. Volume of breath. During each breath, the pressure gradients move 0.5 liter of air into and out of the lungs. Presiones Rafael Sirera Fisiología Humana
- 9. • Se utilizan para evaluar el estado de las vías respiratorias – Volumen corriente (TV) – Volumen inspiratorio de reserva (IRV) – Volumen expiratorio de reserva (ERV) – Volumen residual (RV) Volúmenes Respiratorios Rafael Sirera Fisiología Humana Volumenes respiratorios Volumen corriente (TV) Cantidad de aire inhalado o exhalado con cada respiración bajo condiciones de repososo 3100 mlVolumen inspiratorio de reserva (IRV) Volumen espiratorio de reserva (ERV) Volumen residual (RV) Cantidad de aire que queda en los pulmonaes tras una exalación forzosa 500 ml Cantidad de aire que puede ser forzosamente inhalado tras una inspiración forzosa Cantidad de aire que puede ser forzosamente exhalado tras una exhalación forzosa1200 ml 1200 ml Medida Descripción Valor medio en adulto varón 1900 ml 500 ml 700 ml 1100 ml Valor medio en adulto mujer
- 10. • Capacidad inspiratoria (IC) • Capacidad funcional residual (FRC) • Capacidad vital (VC) • Capacidad pulmonar total (TLC) Capacidades Respiratorias Rafael Sirera Fisiología Humana Capacidades respiratorias Capacidad funcional residual (FRC) Máxima cantidad de aire contenida en los pulmones tras un esfuerzo inspiratorio máximo:TLC = TV + IRV + ERV + RV Cantida máxima de aire que puede ser expirada tras un esfuerzo inspiratorio máximo: VC = TV + IRV + ERV Cantidad máxima de aire que puede ser inspirada tras una espiración normal: IC = TV + IRV Capacidad total pulmonar (TLC) Capacidad vital (VC) Capacidad inspiratoria (IC) 6000 ml 4800 ml 3600 ml 2400 ml 4200 ml 3100 ml 2400 ml 1800 ml Valor medio en adulto varón Valor medio en adulto mujer Volumen de aire que queda en los pulmonaes tras una espiración normal: FRC = ERV + RV
- 11. Registro espirométrico en un varón Rafael Sirera Fisiología Humana Vol. de reserva inspiratorio 3100 ml Volumen corriente 500 ml Volumen expiratorio de reserva 1200 ml Volumen residual 1200 ml Capacidad funcional residual 2400 ml Capacidad inspiratoria 3600 ml Capacidad vital 4800 ml Capacidad total pulmonar 6000 ml
- 12. • Parte del aire de las vías respiratorias no participa en el intercambio gaseoso • Espacio muerto anatómico: Volumen de los conductos respiratorios (~150 ml) • Espacio muerto alveolar: alveolos ineficaces por obstrucción o colapso • Espacio muerto total: Suma de los dos anteriores Aire de Espacios Muertos Rafael Sirera Fisiología Humana
- 13. • Cambio de O2 y CO2 a través de la membrana respiratoria – Influenciada por – Gradientes de presión parcial y solubilidad de los gases – Acoplamiento de la ventilación-perfusion – Características estructurales de la membrana respiratoria Intercambio de gases entre la sangre, pulmones y tejidos. Respiración Externa Rafael Sirera Fisiología Humana
- 14. • Gradientes de presión parcial y solubilidad del gas • El gradiente de presión parcial de O2 en los pulmones es elevado – Sangre venosa Po2 = 40 mm Hg – Alveolos Po2 = 104 mm Hg • Las presiones parciales de O2 alcanzan el equilibrio de 104 mm Hg en ~0.25 segundos, difundiendo al glóbulo rojo del capilar Respiración Externa Rafael Sirera Fisiología Humana
- 15. • El gradiente de Presión Parcial para el CO2 en pulmón es menos marcado: –Pco2 en sangre venosa= 45 mm Hg –Alveolar Pco2 = 40 mm Hg Pero… • El CO2 es 20 veces más soluble en plasma que el O2 El CO2 se intercambia en la misma cantidad que el O2 Respiración Externa Rafael Sirera Fisiología Humana
- 16. • Intercambio de gases de los capilares a los tejidos corporales • Los gradientes de presión parcial y difusión están revertidos en comparación con la respiración externa – Po2 en el tejido es siempre menor que en la sangre arterial – Po2 de las venas es 40 mm Hg y Pco2 es 45 mm Hg Intercambio de gases entre la sangre, pulmones y tejidos. Respiración Interna Rafael Sirera Fisiología Humana
- 17. Rafael Sirera Fisiología Humana Aire inspirado: P 160 mm Hg P 0.3 mm Hg La sangre deja los pulmones y entra en los capilares tisulares: P 100 mm Hg P 40 mm Hg Alveolo pulmonar: P 104 mm Hg P 40 mm Hg O2 Corazón La sangre deja los tejidos y entra en los pulmones: P 40 mm Hg P 45 mm Hg Venas sitémicas Systemic arteries Tejidos: P menos de 40 mm Hg P más de 45 mm Hg Respiración interna Respiración externa Venas pulmonares (P 100 mm Hg) Arterias pulmonares CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2
- 18. • El O2 circula en sangre: – 97% combinado de forma reversible con la Hemoglobina – 3% disuelto en plasma • El CO2 se transporta: – 7% disuelto en plasma – 23% unido reversiblemente a proteínas plasmáticas y hemoglobina (carbaminhemoglobina) – 70% en forma de ion bicarbonato (amortiguación pH) Intercambio Gaseoso Rafael Sirera Fisiología Humana
- 19. Captación de oxígeno y liberación de dióxido de carbono en los pulmones Rafael Sirera Fisiología Humana plasma Alveolo Membrana basal de difusión CO2 CO2 CO2 CO2 O2 O2 O2 (disuelto en plasma) Cl– lenta CO2 (disuelto en plasma) CO2 + H2O H2CO3 HCO3 – + H+ Red blood cell Carbonic anhydrase Rápida CO2 + H2O H2CO3 CO2 + Hb HbCO2 O2 + HHb HbO2 + H+ (Carbamino- hemoglobin) HCO3 –+H+ HCO3 – Cl– Chloride shift (out) via transport protein
- 20. Liberación de oxígeno y dióxido de carbono a los tejidos Rafael Sirera Fisiología Humana Glóbulo rojo Plasma Slow Cel. Del tejido Fluido intersticial Carbonic anhydrase CO2 CO2 CO2 (disuelto en plasma) CO2 + H2O H2CO3 HCO3 – + H+ Fast CO2 + H2O H2CO3 O2 (disuelto en plasma) CO2 + Hb HbCO2 HbO2 O2 + Hb (Carbamino- hemoglobin) HCO3 – + H+ HCO3 – Cl– Cl– HHb Se une a proteinas plasmáticas Chloride shift (in) via transport protein CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 O2 O2
- 21. • Centros de la respiración del bulbo raquídeo: Controlan la ritmicidad de funcionamiento de las neuronas implicadas • Regulación humoral – Receptores para O2 (quimiorreceptores) en carótidas y aorta – Estímulo directo del centro de la respiración por CO2 y H+ • El nivel del CO2 en sangre es el principal estímulo de la respiración – Los quimiorreceptores no responden a los cambios en los niveles de oxígeno, sino al pH, que depende del nivel de dióxido de carbono en plasma. Regulación de la Respiración Rafael Sirera Fisiología Humana
- 22. • Influencia de la Pco2: – Si los niveles de Pco2 aumentan (hipercapnia), el CO2 se acumula en el cerebro – CO2 se hidrata; da lugar a ácido carbónico disociado, liberando H+ – H+ estimula los quimioreceptores cerebrales – Los quimiorreceptores hacen sinapsis con los centros reguladores de la respiración, se incrementa la profundidad y la frecuencia de la respiración Factores Químicos Rafael Sirera Fisiología Humana
- 23. Regulación de la Respiración Rafael Sirera Fisiología Humana Estímulo inicial Resultados Respuesta fisiológica Ventilacion (mas CO2 exhalado) Arterial P y pH Vuelven a la normalidad CO2 Centros respiratorios medulares Musculos respiratorios Impulsos aferentes Impulsos eferentes Arterial P CO2 Los quimioreceptores centrales de la médula responden al H+ En el cerebro ECF (media el 70% de la respuesta al CO2) Los quimioreceptores periféricos en la carótida y en los cuerpos aórticos (median el 30% de la respuesta a CO2) P disminuye el pH en el fluido extracelular cerebral (ECF) CO2
- 24. Regulación de la Respiración Rafael Sirera Fisiología Humana Higher brain centers (cerebral cortex—voluntary control over breathing) Other receptors (e.g., pain) and emotional stimuli acting through the hypothalamus Peripheral chemoreceptors O2 , CO2 , H+ Receptors in muscles and joints Irritant receptors Stretch receptors in lungs Respiratory centers (medulla and pons) – – + + – + – + + Central Chemoreceptors CO2 , H+