Organizaci

1
Organización del sistema respiratorio, volúmenes
y capacidades pulmonares
2
Guía de estudio

• Objetivos terminales
• 1. Describir e interpretar las principales
  funciones fisiológicas del sistema respiratorio y
  correlacionarlas con la estructura anatómica del
  mismo.
• 2. Conocer, calcular y analizar los volúmenes y
  capacidades pulmonares y las técnicas utilizadas
  en su determinación para asociarlos con los
  determinantes fisiológicos que los regulan y
  compararlos con los valores normales.
• Capítulo 26 del Boron.
• Laboratorio de respirometría
• ATPs

3
La vida inicia y termina con la respiración
4
Principal función del sistema respiratorio es el
intercambio de gases

• Respiración externa
• Transporte de O2 de la atmósfera a la
  mitocondria.
• Transporte de CO2 de la mitocondria a la
  atmósfera. Relacionado con homeostasis ácido
  base.

Respiración interna ( respiración celular en la
mitocondria, fosforilación oxidativa)
5
Flujo ? ?P x Area/R
Un sistema de convección externo (ventilación
alveolar) y otro interno (circulación sanguínea)
asegura mejores gradientes de concentración de
los gases entre el alveolo y la sangre capilar
pulmonar y entre la sangre capilar y las
mitocondrias de las células de los tejidos.
6
Ley de Henry La concentración de un gas disuelto
en un líquido es proporcional a la presión
parcial en la fase gaseosa. O2dis s x
PO2 S constante de solubilidad para el oxígeno
0.0013 mM/mmHg a 37C. La solubilidad del CO2 es
23 veces mayor 0.0299 mM/mmHg a 37C.
Boron, 2da ed.
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Gradiente químico Delta C (? C) 0.13- 0.05
0.08 mM Gradiente de presión Delta P (? P)
100-40 60 mmHg
8
Consumo de O2/min 250 ml/min. Vent alveolar
4000mL/min250 mL/min, 161
9
Ley de Dalton
En una mezcla de gases, cada gas ejerce una
presión que depende de su propia concentración
independientemente de los demás gases presentes
en la mezcla Ptotal PAPBPC Px P total
Fx Px Presión del gas x P total Presión total
de una mezcla de gases Fx concentración
fraccional del gas en la mezcla
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PIO2 FO2 x (PB - PH2O) 149mmHg 21
(760 - 47) 21(713)
11
Composición del aire

• Concentración fraccional de los gases es la misma
  en la atmósfera O2 21, N2 79, CO2 0.03
• Las presiones parciales de los gases son un poco
  mayor en el aire seco que en el aire saturado con
  vapor de agua.
• Las presiones parciales de los gases en el aire
  saturado con vapor de agua determinan la
  concentración de los gases en el plasma.
• Calcular las presiones parciales de los gases en
  diferentes altitudes PBO2 760 mmHg 0.21 159
  mmHg
• Al inspirar el aire se calienta y se satura con
  vapor de agua. A 37 C P H2O 47 mmHg

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Presión parcial de oxígeno atmosférico, inspirado
y alveolar a nivel del mar
PBO2 Presión de oxígeno atmosférico PB x FO2
760 mmHg x 0.21 160 mmHg. PIO2 Presión de
oxígeno en el aire inspirado (PB-PH2O) x FO2
(760 mmHg 47 mmHg) x 0.21 150 mmHg PAO2
Presión de oxígeno en el aire alveolar
(PB-PH2O) x FO2 (760 mmHg- 47 mmHg) x 0.14
100 mm Hg
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Transporte de O2 y CO2 es tres veces más
rápido que lo necesario cuando el GC es normal.
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En la unidad alvéolo capilar, el oxígeno difunde
hacia la sangre y el CO2 sale al
alvéolo Gradiente de difusión para el
O2 PAO2-PvO2 100-40 60 mmHg
Gradiente de difusión para el CO2 PACO2-PvCO2
40 46 6 mmHg Si el sistema de convección
externo falla (ventilación alveolar), la PAO2 y
la PACO2 tenderán a parecerse a los valores
venosos y el intercambio de gases será muy malo.
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• Componentes claves del sistema respiratorio
• Bomba de aire ventilación pulmonar, ventilación
  alveolar
• Mecanismos de transporte de gases en la sangre
  eritrocitos, hemoglobina (O2 y CO2).
• Superficie de intercambio membrana alvéolo
  capilar
• Sistema circulatorio sistema de convección
  interno.
• Mecanismos locales que regulan la ventilación y
  la perfusión pulmonar.
• Mecanismo central de regulación de la ventilación.

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Generaciones de las vías aéreas
Vías aéreas de conducción espacio muerto
anatómico VD 1 ml/lb peso corporal
Espacio alveolar total 5 a 6 litros.
Cilios,células que secretan moco, glándulas
submucosas y cartílago disminuyen al avanzar en
las generaciones en la vía aérea.
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1. Convección movimiento en masa. dP PB-PA
Así se mueve el aire hasta llegar hasta los
bronquiolos terminales. 2. Difusión Mecanismo
por el cual el aire se mueve desde los
bronquiolos respiratorios hasta los sacos
alveolares.
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Red alveolo capilar (interfase aire-sangre)

• 480 millones de alvéolos (su número aumenta hasta
  los 8 años). Diámetro 75 a 300 ?m
• 500 a 1000 capilares por alveolo.
• Área total de intercambio 50 a 100 m2 . Grosor
  0.2-0.5 um.

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• Membrana de intercambio respiratorio
• Líquido alveolar
• Células alveolares (neumocitos tipo I y II)
• Membrana basal del epitelio alveolar
• Membrana basal del endotelio capilar
• Células endoteliales

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• Células alveolares tipo I cubren 90- 95 de
  superficie alveolar.
• Células alveolares tipo II cubren del 2 - 5 de
  la superficie alveolar, son cuboides. Producen
  el factor surfactante. Sirven como células de
  regeneración y reparación (se diferencian en
  células tipo I)
• Poros de Kohn comunican alveolos adyacentes,
  previenen el colapso alveolar (atelectasias).

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El intersticio pulmonar tiene tejido
conjuntivo, músculo liso, capilares, linfáticos,
fibroblastos colágeno (limita distensibilidad) y
elastina (contribuye con retracción elástica
pulmonar), cartílago. Puede expandirse por
entrada de células inflamatorias y líquido
(edema).
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• Irrigación sanguínea de los pulmones
• Arterias pulmonares
• Arterias bronquiales (1-2 del GC) llegan hasta
  bronquiolos terminales, irrigan vasos y nervios,
  ganglios linfáticos y pleura visceral.
• 250 a 300 mL de sangre x m2 superficie corporal.

Capilares pulmonares Diámetro interno 8
um Largo 10 um Volumen sang. 70 mL (reposo),
200mL (ejercicio reclutamiento y
distensión). Un eritrocito dura 0.75
s atravezando el territorio de los capilares
pulmonares.
Venas pulmonares tienen gran capacidad de
contener sangre. Tienen músculo liso y regulan
su diámetro.
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Inervación
Estímulo parasimpático Broncoconstricción Vasodi
latación Aumento secreciones Estímulo
simpático Broncorelajación Vasoconstricción Inhib
e secreciones Inervación no adrenérgica y no
colinérgica (inhibitoria y excitatoria) Fibras
aferentes de dolor se limitan a la pleura.
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Otras funciones del sistema respiratorio

• Olfato
• Procesar aire antes de que llegue a alveólos
  calentarlo (evita burbujas en tejidos),
  humedecerlo, filtrarlo (nariz partículas
  gt10um se impactan en el moco partículas entre 2
  y 10um pueden sedimentarse en vías aéreas más
  pequeñas partículas lt0.5um llegan a alveólos
  macrófagos alveolares, linfáticos)
• Mecanismos de defensa pulmonar filtrar, tos,
  aparato mucociliar, macrófagos alveolares,
  enzimas, linfáticos, anticuerpos.
• Reservorio de sangre para el ventrículo
  izquierdo pulmón contiene 500 mL de sangre.
• Filtro para la sangre filtrar coágulos, grasa,
  gas, células metastásicas
• Equilibrio ácido base manejo del ácido volátil
  CO2
• Fonación hablar como fenómeno espiratorio
• Intercambio de líquidos y absorción de
  medicamentos
• Pérdida de agua y calor
• Bomba respiratoria mejora el retorno venoso

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Sistema de limpieza mucociliar

• Formado por
• Líquido periciliar (fase sol) permite mov de
  cilios. Es seroso no viscoso prod por células
  ciliadas de la vía aérea por transp activo de
  iones (Cl- y Na)
• Moco (fase gel) Encima de liq periciliar. Abund
  glicoproteínas. Se produce 100 mL/día
• Cilios puntas contactan con el moco.
  250/célula. Se mueven a 1000 golpes/min. Mov
  anterógrado (elevador ciliar).

26
(No Transcript)
27

• Funciones metabólicas de los pulmones
• Células endoteliales de capilares pulmonares
  tienen enzimas y receptores importantes en su
  función metabólica.
• Metabolizan aminas vasoactivas, citocinas,
  mediadores lipídicos, proteínas.
• Angiotensina I convertida a angiotensina II
• Serotonina internalizada y metabolizada
• Células endoteliales sintetizan y secretan
  prostaciclina, endotelina, factores de
  coagulación, NO, prostaglandinas, citoquinas. No
  sintetizan leucotrienos.
• Mastocitos pulmonares sintetizan y secretan
  histamina, enzimas lisosómicas, prostaglandinas,
  leucotrienos, factor inhibidor de las plaquetas,
  factores quimiotácticos para neutrófilos y
  eosinófilos, serotonina.
• Células endoteliales tienen receptores para
  bradicinina, TNF, comp del complemento,
  inmunoglobulinas, moléculas de adhesión.

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Metabolismo de sustancias vasoactivas
No se afectan En gran parte removidos
PGA1, PGA2, PGI2 PGE1, PGE2, PGF2alfa, leucotrienos
Histamina, epinefrina, dopamina, isoproterenol Serotonina. bradicinina
Angiotensina II, arginina vasopresina, gastrina, oxcitocina Angiotensina I (convertida a angiotensina II)
Boron, 2da ed.
29
Ley de los gases ideales PV nRT P presión V
volumen n Número de moles de gas R constante de
los gases ideales (8.31 J K-1 mol-1) T
temperatura en grado K Un mol de un gas a STP
ocupa 22.4 L Si hablamos del mismo número de
moléculas de un gas, entonces n y R son
constantes y podemos expresar la ley
como P1V1/T1 P2V2/T2
30
Condiciones estándar con las que se corrigen las
mediciones que involucran el volumen de los gases

• BTPS Temperatura y presión corporales saturadas
  con vapor de agua (Body Temperature and Pressure
  Saturated).
• ATPS Temperatura y presión ambientales
  saturadas con vapor de agua (ambient temperature
  and pressure saturated).
• ATPD Temperatura y presión ambientales en seco
  (ambient, temperature, pressure, dry).
• STPD 273 K, 0 C, 101.3 kPa, 760 mmHg, en seco
  (Standard Temperature and Pressure Dry)

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• Volúmenes y capacidades pulmonares
• Se pueden medir por medio de una espirometría
  usando un espirómetro.
• El registro obtenido se llama espirograma o
  respirograma
• Se hacen mediciones estáticas (tiempo no importa
  el volumen pulmonar no cambia con el tiempo) y
  dinámicas (Flujos Volumen/tiempo el volumen
  pulmonar cambia con el tiempo). Se miden los
  volúmenes espiratorios (VE).
• Aire en el respirómetro se encuentra a ATPS.
  Volúmenes se expresan a BTPS (resultados
  lababoratorio se deberían de corregir).
• Tamaño de pulmones depende de estatura, edad,
  sexo, m2 de superficie corporal, peso

32
Espirómetros
Espirómetro de impedancia
33
Sherwood L. Human Physiology. 6xth ed. Thomson.
2007
34

• Por qué es importante medir los volúmenes y
  capacidades pulmonares?
• Determinados por la mecánica pulmonar
  propiedades del parénquima pulmonar, de la pared
  torácica y de su interacción.
• En la enfermedad pulmonar cambian Ayudan en su
  diagnóstico diferenciar problemas obstructivos
  (asma y enfisema) de restrictivos (fibrosis
  pulmonar).
• Cambian con los cambios de posición del cuerpo
• Cambian al envejecer
• Cambian con el embarazo

35

• CuatroVolúmenes pulmonares
• Volumen corriente (VC) volumen de aire que
  entra y sale por la nariz o la boca en cada
  respiración 0.5 L 6 a 7 mL/Kg
• Volumen de reserva inspiratorio (VRI) es el
  volumen de aire inspirado en una máxima
  inspiración que comienza al final de una
  inspiración corriente normal aprox. 2.5 L en M y
  1.9 L en F.
• Volumen de reserva espiratorio (VRE) es el
  volumen de aire que puede ser espirado en un
  máximo esfuerzo que comienza al final de una
  espiración corriente normal Aprox. 1 a 1.5 L en
  M y 0.7 L en F.
• Volumen residual (VR) es el volumen de aire que
  permanece en los pulmones al final de una
  espiración forzada máxima aprox. 1.2 a 1.5 L
  en M y 1.1 L en F. Disminuye trabajo
  respiratorio y permite que los gases arteriales
  no oscilen mucho durante el ciclo respiratorio.

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VRI depende de factores como

• El volumen pulmonar al iniciar la inspiración
  máxima
• La distensibilidad o compliance (C) pulmonar
• Fuerza de los músculos respiratorios y de la
  integridad de su inervación
• Ganas con que realice el esfuerzo.
• Flexibilidad de la caja torácica
• Postura del sujeto si se encuentra acostado el
  VRI será menor.
• Estos factores también son importantes en
  determinar la CV y el VRE.

37

• Capacidades pulmonares (suma de uno o más
  volúmenes)
• Capacidad pulmonar total (CPT VCVRIVREVR)
  volumen de aire que se encuentra en los pulmones
  después de un esfuerzo inspiratorio máximo
  aprox. 6 L en M y 4.2 L en F.
• Capacidad inspiratoria (CI VCVRI) volumen de
  aire respirado en una máxima inspiración que
  comienza al final de una espiración normal
  aprox. 3.8 L en M y 2.4 L en F.
• Capacidad vital (CV VRIVCVRE) volumen de
  aire espirado en una máxima espiración forzada
  máxima que inicia después de una inspiración
  forzada máxima 4.8 L en M y 3.1 L en F. La
  capacidad vital forzada (CVF) se usa para
  estudiar la resistencia de la vía aérea.
• Capacidad residual funcional(CRFVREVR)
  volumen de aire que permanece en los pulmones al
  final de una espiración corriente normal aprox.
  2.2 a 3.0 L en M y 1.8 L en F. Se le ha llamado
  el volumen de reposo de los pulmones o el volumen
  de relajación.

38
(No Transcript)
39

• Mediciones dinámicas ( el tiempo es importante)
• Capacidad vital forzada (CVF) volumen máximo de
  aire que puede ser espirado forzadamente después
  de una inspiración hasta la capacidad pulmonar
  total. (Aprox. 5 L). Útil en medir resistencia
  de vía aérea.
• Volumen espiratorio forzado en el primer segundo
  (VEF1) volumen máximo de aire espirado en el
  primer segundo forzadamente después de una
  inspiración hasta la capacidad pulmonar total.
  (Aprox. 3.8-4.0 L).
• Cociente volumen espiratorio forzado/ capacidad
  vital forzada,VEF1/ CVF (Índice de Tiffeneau)
  porcentaje de la capacidad vital forzada espirada
  forzadamente durante el primer segundo. (80).
  Es un buen índice de la resistencia de las vías
  aéreas.
• Flujo medio a la mitad de la espiración forzada
  (FEF 25-75) flujo medio máximo, medido trazando
  una línea entre los puntos que representan el 25
  y el 75 de la capacidad vital forzada (4.7 l).
  Se pueden detectar obstrucciones al flujo del
  aire.

40
Capacidad vital forzada (CVF)
X
VEF1
41
CVF paciente con problemas obstructivos
Relación VR/CPT aumenta por aumento de el VR
42
CVF paciente con problemas restrictivos
43
Cambios en volúmenes y capacidades pulmonares en
enfermedades restrictivas y obstructivas
Restrictiva aumenta la retracción elástica
pulmonar
44
Cambios en volúmenes y capacidades pulmonares
según posición del cuerpo
Capacidad vital no cambia, VR no cambia, CPT no
cambia VRE disminuye y el VRI aumenta
45

• Cambios de los volúmenes y capacidades pulmonares
  con el envejecimiento (función pulmonar empieza a
  declinar desde los 25 años)
• Se pierde retracción elástica pulmonar/distensibli
  dad pulmonar aumenta
• Disminuye fuerza de músculos de la respiración
• Disminuye la superficie alveolar
• Distensibilidad torácica disminuye
• Aumenta la CRF
• CPT es igual ó menor
• Aumenta el VR
• Disminuye VEF1
• Disminuye el FEF 25-75

46
Curvas o Asas flujo volumen

• Se miden con el respirómetro de impedancia
  (vitalógrafo). Sistema abierto.
• Sirven para el diagnóstico de patología pulmonar
  obstructiva, restrictiva, mixta.
• Normalmente, el flujo inspiratorio máximo es
  similar al flujo espiratorio máximo.
• A volúmenes pulmonares altos, el flujo de aire es
  dependiente del esfuerzo. A mayor esfuerzo,
  mayor flujo.
• A volúmenes pulmonares bajos, el flujo es
  independiente del esfuerzo ya que se da la
  compresión dinámica de la vía aérea.

Fuente ATP
47
Flujo espiratorio máximo se da tempranamente

• El flujo inspiratorio depende de
• Fuerza de musc. Insp.
• Retracción elástica pulm.
• Resistencia de vía aérea.
• Pico de flujo se observa a volumen pulmonar
  intermedio entre CPT y VR

48
Limitación del flujo espiratorio
49
(No Transcript)
50

• Enfermedad restrictiva
• Disminuye el pico de flujo espiratorio ya que la
  capacidad pulmonar total está disminuida.
• Rama descendente de la curva es similar a la
  normal

51

• Enfermedad obstructiva
• Disminuye el pico de flujo espiratorio ya que hay
  obstrucción al flujo del aire
• Se relacionan con volúmenes pulmonares altos
  (atrapamiento de aire)
• Volumen residual se encuentra aumentado
• La rama descendente de la curva está deprimida.
  Los flujos son bajos a cualquier volumen pulmonar.

52
Ventilación voluntaria máxima (VVM)

• Se llamaba capacidad respiratoria máxima.
• Es el mayor volumen de aire que puede desplazarse
  al interior y exterior de los pulmones en un
  minuto mediante un esfuerzo voluntario.
• 125-170 l/min 150L/min 20 años hombre
• 100L/min 20 años
  mujer
• Disminuye con la edad
• La mediremos en el Lab. con el respirómetro de
  impedancia en 12-15 s.

53
Medición del VR o de la CRF Se puede usar la
técnica de dilución de helio (gas inerte e
insoluble). Es un método de circuito cerrado
(paciente inspira y espira en tanque). Masa de
gas constante. Ley de conservación de la
masa. V1C1 V2C2
54
LEY DE BOYLE A temperatura constante y con la
masa constante P1V1P2V2
Sherwood L. Human Physiology. 6xth ed. Thomson.
2007
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Pletismografía corporal
Más exacto que dilución He. Ley de Boyle a
temperatura constante y con un número de
partículas de gas constante P x V
constante. P1V1P2V2 P x VL (P- ?P)(VL
?VL) VL?VL x (P-?P)/?P Ejemplo VL 0.05L
(760mmHg 12 mmHg)/ 12 mmHg 3.1 L Mide CRF ó VR.