difusion de gases unne 2011
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Difusion de gases unne 2011TRANSCRIPT
Difusión y transporte de
gases
Qué es la respiración?
Intercambio de gases (O2, CO2) entre las células y la atmósfera. Puede dividirse en
Externa: Intercambio de gases (O2/CO2) a nivel pulmonar
Interna:
Transporte de gases en la sangre
Respiración celular
Intercambio tisular
El aparato respiratorio participa además en
otras funciones:
Regulación ácido/base
Regulación de la temperatura corporal
Excreción de compuestos (ej, cuerpos cetónicos)
Conversión de angiotensina I en ang. II (ECA)
Aparato Respiratorio
Constituido por:
Vías aéreas
Pulmones
En Cabeza y Cuello los órganos del Aparato
Respiratorio son:
Vías aéreas (Fosas nasales, Faringe, Laringe y una parte de la Tráquea)
VÍAS AÉREAS: Fosas Nasales
Vías aéreas
Via aérea de
conducción
Zona de intercambio
Zona Respiratoria
3000 ml
Generaciones finales de la vía aéreaBronquíolos respiratorios
Conductos alveolares
Alvéolos.
vías aéreas (1)
Espacios alveolares (2)
Intersticio (3)
Se puede considerar que en la
respiración hay 4 pasos o etapas:
1. Mecánica respiratoria
2. Difusión de gases
3. Transporte de oxígeno y CO 2 por la sangre
4. Control y regulación de la respiración.
1. Ventilación
Proceso por el cual los pulmones
renuevan el aire de los alvéolos
Inspiración
Espiración
La Inspiración es normalmente activa
La Espiración es normalmente pasiva
Difusión y Transporte de O2 y CO2
Objetivos de aprendizaje
Comprender los procesos básicos involucrados
en la difusión y transporte de O2 y CO2
Conocer las características de la curva de
saturación de la hemoglobina
Bibliografía:
Dvorkin, Cardinali: bases fisiológicas de la
práctica médica.
West: fisiología respiratoria.
Necesidad de oxígeno
Las células necesitan energía contenida en
los alimentos.
Para ser liberada se necesita oxígeno
La energía se utiliza como ATP
Metabolismo aeróbico: 38 ATP por mol de
glucosa.
Metabolismo anaeróbico: menos
eficiente, produce ácido láctico.
Tolerancia a la falta de oxígeno:
-Mínima para las neuronas: 4 MINUTOS
-Intermedia para el corazón
-Más larga para el hígado y el tejido adiposo
Las reservas de oxígeno del organismo son
casi NULAS
-Por lo tanto: el hombre necesita incorporar
oxígeno de la atmósfera en forma continua
Las necesidades de oxígeno son cambiantes
REPOSO : 250 ml/min
EJERCICIO : 4.000 ml/min
Propiedades de los gases
Un gas contiene moléculas en movimiento que
ejercen presión y generan calor o temperatura.
la presión del gas está determinada por la
frecuencia de movimiento de las moléculas
contra una superficie.
Se expresa en mmHg o en Torr (1 mmHg = 1Torr)
La presión del aire a nivel del mar es igual a 760
mmHg = 1 atmósfera
El Volumen (V) es el espacio ocupado
por un gas.
El gas es compresible y su volumen estará
determinado por el espacio ocupado
Si un gas se comprime, su presión aumenta y
su volumen disminuye (Ley de Boyle)
(fisiológicamente ocurre en la espiración)
Aire inspirado: mezcla de gases que
ejercen presión (atmosférica: 760 mmm
Hg a nivel del mar)
proporción de gases: nitrógeno 78 %;
oxígeno 21 % y CO2 y gases raros: 1 %
Ley de Dalton
la suma de las presiones parciales de los
gases será igual a la presión atmosférica
(PA)
PA = PN2 + PO2 + PH2O + PCO2
Presión parcial de un gas
Pp = P Atmosférica x concentración fraccional
del gas / 100
PO2: 21 x 760/100 = 160 mm Hg
* A 713 mm hg de presión (aire
humidificado)
* A 5000 metros por encima del
nivel del mar, en la que la presión
atmosférica es de 405 mm hg
Tarea para la próxima clase: calcular la
presión parcial de oxígeno (PO2)
VARIACIONES DE LA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA CON LA ALTURA
A medida que ascendemos por encima
del nivel del mar la PA desciende.
A 5000 m por encima del nivel del mar:
La PA es de 405 mm Hg, pero el
porcentaje de oxígeno sigue siendo 21 %
entonces lo que cambia es la PO2:
PRESION (mmHg) A
DIFERENTES ALTITUDES
metros PB PO2
0 760 149
500 715 141
1000 596 125
3000 463 97
6000 354 74
8000 268 56
Cascada del oxígeno
Vía aérea
mitocondria
SIMBOLOS STANDARD EN
FISIOLOGIA RESPIRATORIA
Símbolos Primarios standard(designan la variable a medir)
P = presión
V = volumen (gas)
Q = volumen (o cantidad de sangre)
C = contenido
F = concentración fraccional
S = saturación
Símbolos secundarios standard(Designan el sitio donde fue medido el primer símbolo)
I = Aire inspirado
E = aire espirado
A = gas alveolar
a = sangre arterial
v = sangre venosa
c = sangre capilar
T = gas tidal (aire corriente)
D = espacio muerto
Símbolos Terciarios
Designan los gases respiratorios
Generalmente O2, CO2
Ej: PAO2: presión alveolar de oxígeno
PaO2: presión arterial de oxígeno
PvO2: presión venosa de oxígeno
Difusión de gases en el aparato
respiratorio
Función ppal. del Ap respiratorio.
Hasta ahora vimos…
Cómo se moviliza el aire (ventilación)
Las fuerzas que se oponen a ello (mecánica resp.)
La modificación de los gases desde el aire al
alvéolo
Ahora: estudiaremos la difusión de gases a nivel alveolar…
En el aparato respiratorio los gases
difunden por gradiente de presión
parcial
CAPACIDAD DE DIFUSIÓN
DEPENDE DE:
- El componente de membrana
- área de intercambio
- distancia de difusión
- gradiente de presión parcial del gas
- El componente sanguíneo
- tiempo de reacción Hb-O2 (flujo sang.)
- El propio gas
- solubilidad
Difusión de gases: ley de Fick.
El área de difusión: es muy amplia: ~ 50-100
m2
El espesor es pequeño: <1 µm
DIFUSION Y TRANSFERENCIA DE GASES
- Diferencia de Pp de los gases entre alvéolo y capilar
- Tiempo de contacto aire-sangre: en reposo: 0,75 seg. (reposo) y 0.30 seg. (ejercicio)
- La Hb se satura en 0, 25 seg
Difusión de oxígeno
Gradiente de presión parcial inicial:
PAO2 – Pa O2=
104 mm Hg – 40 mm Hg= 64 mm Hg.
Saturación de la Hb con oxígeno: 0.25
seg,
La oferta de oxígeno a los
tejido depende de:
La cantidad de oxígeno que entra a los pulmones
Difusión gaseosa pulmonar adecuada
Flujo sanguíneo tisular: depende del
gasto cardíaco y de la resistencia del lecho
vascular del tejido.
Capacidad de la sangre para transportarlo.
Transporte de oxígeno
Disuelto (3 %)
Combinado con la hemoglobina (97 %)
Transporte de O2 disuelto: LEY DE
HENRY
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%
Transporte de O2 en la Hb
Hb se combina con 4 moléculas de oxígeno
2 formas: Oxihemoglobina y
Desoxihemoglobina
Forma de transporte muy eficiente
Capacidad de Oxígeno de la Hb
máxima cantidad de oxígeno que se
combina con Hb por cada 100 ml de
sangre.
Se mide en ml %, volumen % o ml/100 ml
de sangre.
Depende de la concentración de Hb
Capacidad de Oxígeno de la Hb
1 Hb + 4 O2
1 g de Hb se combina con 1.34
ml O2 (VN)
Capacidad de Hb = gramos de Hb%
x 1.34
15 x 1.34= 20.1 ml O2 /100 ml
Tarea para la casa:
Calcular la capacidad de la Hb para una
concentración de 10 gramos % y de 8
gramos %.
Contenido de oxígeno
Es la cantidad de oxígeno contenido en un
100 ml de sangre.
VN: sangre arterial: 19.7 vol %
sangre venosa: 14.7 vol %
CONTENIDO DE O2
Cont. O2 Hb = Sat O2 x Hb x 1.34
= 0.97 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
% de Saturación de la Hb por el O2
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 = 97% PaO2 = 100mmHg
Sat. venosa = 75% Pv02 = 40mmHg
Saturación de la Hb
Sangre arterial:
Contenido: 19.5 x 100 = 97 %
Capacidad 20.1
Sangre venosa:
Contenido: 14.5 x 100 = 72 %
Capacidad 20.1
La saturación depende de
La “fuerza” que ejerce el oxígeno para
combinarse con la Hb (PO2).
Del grado de afinidad de la Hb por el gas
RELACION ENTRE
SAO2 Y CONTENIDO O2
Capacidad O2 = Hb (g) x 1,34 ml O2
= 10 x 1,34 = 13,4 ml %
Contenido O2 = Capacidad x SaO2
= 13,4 x 95% = 12,7 ml %
RELACION ENTRE
SAO2 Y CONTENIDO O2
Una SaO2 normal no significa
necesariamente una oxigenación normal
El contenido puede estar bajo en anemia,
intoxicación por CO, cianuro, anilinas.
Curva de disociación de la hemoglobina
Afinidad de la hemoglobina por oxígeno
Un indicador útil del estado de la curva es
la P50, que es la PO2 en la cual la Hb
está saturada al 50 % con O2.
P 50: valor normal: 26 a 28 mm Hg
Cuanto mayor es la P50, la afinidad de
la Hb por el O2 será menor.
(fisiológicamente: ejercicio)
Curva de disociación de la hemoglobina
P 50
Factores que modifican la afinidad de
la Hb oxigenada
La concentración de iones hidrógeno, [H+]
La PCO2
La Temperatura
[2,3-DPG]
Curva de Disociación de la Hb O2
La curva se desplaza a la derecha cuando:
T°, PCO2, [H+] y 2-3-DPG
Cuando la curva está desplazada a la
derecha, disminuye su afinidad por el O2
y lo libera. Ocurre en los tejidos.
En los pulmones ocurre lo contrario.
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.
La liberación de oxígeno por la hemoglobina a
los tejidos aumenta cuando:
baja el pH y aumenta la PCO2
Coeficiente de utilización
La fracción de Hb. que cede su O2 a los
tejidos cuando la sangre pasa por los
tejidos en reposo: aproximadamente 25 %.
Durante el ejercicio intenso: 75 %
CONTENIDO DE O2
Cont. O2 Hb = Sat O2 x Hb x 1.34
= 0.97 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
Diferencia a-v de O2
CaO2 - CvO2
CaO2 = 20 vol%; CvO2 = 15 vol%
CaO2 - CvO2 = 5 vol% = 50 ml O2 / L
50 ml de O2 pueden ser extraídos de 1L de
sangre para el metabolismo tisular en
reposo.
O sea que en 5 L de sangre: 250 ml /minuto
Consumo de Oxígeno (VO2)
VO2: (ml O2/min)
Gasto Cardíaco (GC) x Diferencia Art. V. de O2 (CaO2 - CvO2)
VO2 = VM . (Ca O2 - Cv O2)
= 5L x (50 vol/litro
= 250 ml O2 /min
250 ml de O2 son extraídos de la sangre en
1 min en reposo.
4000 ml/ min en ejercicio.
Consumo de oxígeno (VO2)
El rango normal de VO2 depende de la
tasa metabólica basal y de actividad física.
En reposo, es de 3 a 3.5 ml/kg/min.
En atletas entrenados: ejercicio intenso
y prolongado, el VO2 puede llegar a 60 a
70 ml/kg/min.
TRANSPORTE Y DIFUSIÓN DE
CO2
PCO2 ARTERIAL (PaCO2): 40 mm Hg
PCO2 VENOSA (PvCO2): 45 mm Hg
ELIMINACION DE CO: 200 mL/min.
Transporte de CO2
TRANSPORTE DE CO2
En el plasma: en tres formas:
- Disuelto en el plasma 7 a 10 %
Obedece a la Ley de Henry.
CO2 es 20 veces más soluble que el O2.
PCO2 venosa = 45 torr
PCO2 arterial = 40 torr
TRANSPORTE DE CO2
En el plasma: en tres formas:
- Disuelto en el plasma 7 a 10 %
- Formando compuestos carbaminicos con
las proteínas del plasma y con la
hemoglobina 23 a 30 %:
- Como anhídrido carbónico 60 a 70 %.
La velocidad de transporte del CO2 a
través de la barrera alveolo capilar es igual
a la del O2
El CO2 es 20 veces más soluble en agua
que el O2, pero:
• el gradiente de presiones es menor
•La reacción química con las proteinas de
la sangre es más lenta.
Te
jid
os
Pu
lmo
ne
s
EFECTO DE HALDANE
La formación de desoxihemoglobina, aumenta la
afinidad de la hemoglobina por el CO2
Tampona el CO2 e indirectamente evita mayor
acidificación de la sangre.
Favorece:
Toma de CO2 en los capilares y su eliminación
en los pulmones.
Cantidad de CO2 transportado a los
pulmones:
En situación de reposo, 100 ml de sangre
venosa contienen 52 ml de CO2 de los
cuales sólo libera 4 ml por minuto.
Si el volumen minuto es de
5.000ml/min, se liberan 200 ml/minuto de
CO2 en los pulmones.