Adaptaciones fisiolgicas a la hipoxia aguda y prolongada

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Adaptaciones fisiológicas a la hipoxia aguda y
prolongada

• 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

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Altura y Presión Barométrica

• Cuanto mayor es la altura, la PB ?
• PO2 (0.21) (PB PH2O)
• La fracción de O2 en el aire no cambia con la
  altura.
• Si PB ? también ? PO2 (alt ? PB ? PO2)
• 0 m. ? 760 mmHg.? 150 mmHg.
• 4,330 m. ? 450 mmHg.? 85 mmHg.

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PRESIÓN DE VAPOR DE AGUA

• T C Pv H2O (mm Hg)
• 0 4.6
• 20 17.5
• 37 47.0
• 100 760.0
• 37C en los pulmones
• PO2 0.21 x (760 - 47) 150 mm Hg

4
PO2, Torr
INSP ALV ART CAP
VEN-M
140
100
4,500 m
60
20
5
Significado fisiológico de la forma sigmoide de
la curva
6
Curva de afinidad de la Hb por el O2
SaO2,
100
NM
80
4, 500 m
60
40
20
100 PO2 , Torr
10
50
7
Saturación de la Hb por el O2

• El porcentaje de saturación es el o grado de
  ocupación de grupos Hem unidos a O2
• Sat O2 combinado con Hb x 100
• Capacidad de O2
• Sat. arterial 99 - 97.5 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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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 Difusión ? Limitado por Perfusión
• Palv. Palv.
• Pa Pa
• En pulmón
• refleja anormalidad 40
• Inicio (long. Capilar) Fin Inicio
  (long. Capilar Fin

100 mm Hg
100 mm Hg
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CONTROL DE VENTILACIÓN

• CONTROL CENTRAL
• input output
• SENSORES
  EFECTORES
• Quimioreceptores M. Respiratorios
• Recep. Pulmonares - diafragma
• - intercostales
  - abdominales
• PO2 y PCO2 constantes.

VOLUNTARIO
TRONCO ENCEFALICO
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Controlador del Tronco Encefálico
NEUMOT
P
(-)
APNE
(-)
()
B
(-)
- Quimioreceptores
GD CI
GV CI CE
- Diafragma - Músculos intercostales
M
- músculos accesorios de la resp.
- R. de estiramiento pulmonar - Propioceptores de
la pared toráxica
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CENTROS RESPIRATORIOS
14
QUIMIORECEPTORES

• PERIFERICOS
• En cuerpos carotídeos bifurcación de arterias
  carótidas. Responden a cambios de PO2 y en menor
  grado a cambios PCO2 y pH.
• En cuerpos aórticos encima y debajo del arco
  aórtico. Responden a cambios de PO2.
• CENTRALES
• En la superficie ventral del tronco encefálico.
  Responden a cambios de PCO2 y de la H arterial.

15
(No Transcript)
16
Características fisiológicas de los cuerpos
carotídeos

• Alto flujo sanguíneo por gramo de tejido.
• Alto consumo de oxígeno.
• Pequeña diferencia arterio - venosa.

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SANGRE CAPILAR
18

• Ventilacion minuto (VE)
•  
• VE (VT) x resp/min (FR)
•  
• Ventilacion alveolar minuto (VA) y espacio muerto
  (VD)
•  
• VA (VT VD) x FR
• VA (450ml 150) x 12 3,600 ml
• Aire nuevo Volumen Espacio
• tidal Muerto
• VT volumen tidal
• VD ventilacion del espacio muerto

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Ecuacion de la ventilacion alveolar   VA VCO2
x K PICO2 0.2 mm Hg
PACO2 PACO2 40 mm Hg   PACO2 VCO2
x K VA VD VT x PaCO2 -
PexpCO2
PaCO2   PaCO2 - PexpCO2 f
PaCO2   f expresa la dilucion del PACO2 por el
aire del espacio muerto.   VCO2 VA x FACO2
o VCO2 VE x FECO2   FACO2 concentracion
fraccional de anhidrido carbonico alveolar FECO2
concentracion fraccional de anhidrido carbonico
espirado VCO2 eliminacion de CO2  
20
Ecuacion del gas alveolar   PAO2 PB PH2O
FIO2 PACO2 RQ   PIO2
PB PH2O x FIO2   RQ VCO2
VO2   PB presion barometrica PH2O
presion de vapor de agua FIO2 concentracion
fraccional de oxígeno inspirado PaCO2 presion
arterial de anhidrido carbonico
PIO2 150 mm Hg PAO2 100 mm Hg
RQ couciente respiratorio VCO2 eliminacion
de CO2 VO2 consumo de O2
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RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL CO2

• Controla la presión normal
• PACO2 3 mm Hg
• Vent
• Para un valor dado de PAO2 mm Hg
• PACO2 , la ventilación 37
• aumenta cuando la 40 47
• PACO2 disminuye. 110 ó más
• 20
• 20 30 40 50 PACO2

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RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL O2

• Para un valor dado de
• PAO2 lt 100 mm Hg, Vent
• la ventilación aumenta
• sólo cuando el PACO2 50 PACO2
  mm Hg
• es mayor que lo normal
• El efecto combinado de 30 de ambos
  estímulos es 48
• mayor que cada uno por 43
• separado. 10
  36
• 40 60 80 100 120 PAO2

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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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La ventilación aumenta de manera instantánea,
pero esta limitada por la inhibición central
26
La ventilación continúa aumentando durante toda
la estadía en altura es el fenómeno de
aclimatación ventilatoria. - por compensación
renal de la alcalosis y la reducción de
la inhibición central - por aumento de la
quimiosensibilidad periférica
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Respuesta Aguda

• Aumento inmediato de la ventilación (VE) en
  respuesta a la hipoxia.

• Incremento hiperbólico
• de VE en función de la disminución de PaO2

28
La ventilación aumenta en reposo y por cada nivel
de ejercicio
29
Sensory transduction in the carotid body
2
Blood vessel
1. Oxygen detection 2. Na and Ca action
potential (Ca influx) 3. Rise in cytosolic Ca 4.
Transmitter release 5. Increase of firing in
afferent fibers
O2
O2
O2
1
Glomus cell
Nerve ending
2
Ca2 influx
5
to CNS
From Lopez-Barneo et al., NIPS, 1993
30
Oxygen - K channel interaction
channel and sensor
O2
O2
1)
O2
sensor
channel
2)
channel
sensor
O2
M
O2
3)
From Lopez-Barneo et al., NIPS, 1993
31
Respuesta ventilatoria al CO2
32
Respuesta ventilatoria a la hipoxia
33
Signos de mala adaptación
(Por encima de 5,000 m.)
34
Tolerante a la Altura

HxEx
NxEX

35
Intolerante a la Altura

HxEx
NxEX
36
Saturación arterial de O2 en altura
100
Reposo
Ejercicio máximo
90
SaO2 ()
80
70
60
Altura (m)
37
La potencia máxima aérobica (VO2max) disminuye
con la altura
100
80
V02 max ( NM)
60
40
Cuales son los factores limitantes del
rendimiento físico en altura ?
Cumbre del Everest
20
0
760
700
600
500
400
300
200
PB (mmHg)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Altura (km)
38
Concentración de hemoglobina en función de la
altura y de la duración de la exposición
39
Evolución de la concentración de EPO y del número
de glóbulos rojos durante una exposición de una
semana a 4350 m.
EPO
Glóbulos rojos
0
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo (días)
40
Eritropoyesis y factores nutricionales

• Factores nutricionales pueden interferir con la
  producción de glóbulos rojos, debido a que
  algunos sustratos son necesarios para la
  eritropoyesis
• hierro y folatos
• El número de GR y las reservas de hierro deben
  ser verificadas antes de una exposición
  prolongada a la altura (3 semanas o más por
  encima de 3500 m )
• hematocrito gt 40
• hemoglobina gt 14 g/dl
• ferritina sérica gt 50 µg/l
• Las mujeres tienen un mayor riesgo debido a sus
  reservas de hierro más limitadas

41
Altura y glóbulos rojos
Cuantos glóbulos rojos necesitamos en altura ?
.... suficientemente pero no demasiado !
Una anemia predispone a una aclimatación
difícil pero... una poliglobulia excesiva es un
factor de trombosis y de alteración de la
microcirculación. La concentración óptima es
entre 14 y 18 g Hb / 100 ml.
42
Regulación de la eritropoyesis en altura
Regulación aqua y sales
Intercambios gaseosos pulmonares
PO2 ambiental
PaO2
reabsorb. Na tubular prox.
Contenido arterial de O2
Gasto sanguíneo renal
Masa GR
Aporte de O2 a los riñones
affinidad Hb
Consumo renal de O2
Médula ósea eritiropoyesis
PO2 tisular renal
Hierro Folato
EPO sérica
Sensor O2
Heme-like prot. ? HIF-1 ?
Factores nutricionales
Producción de EPO