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Mi Seminario de Intercambio gaseoso y transporte de Oxigeno en el marco del postgrado de Anestesiologia y Reanimacion. Ciudad Hospitalaria Dr Enrique Tejera
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TEMA 4- INTERCAMBIO GASEOSO
MODULO FISIOLOGIA RESPIRATORIADra. Veronica Fernandez Talavera
Residente IPostgrado de Anestesiologia
Ciudad Hospitalaria Dr Enrique Tejera
Concepto:
Consiste en la incorporación de oxígeno desde el exterior hacia el capilar pulmonar y la eliminación del dióxido de carbono de la sangre venosa hacia el exterior, llevado a
cabo por el pulmón, tanto en condiciones fisiológicas como patológicas
INTERCAMBIO GASEOSO
DIFUSIONWEST,
movimiento aleatorio de moleculas que
entrecruzan en su camino ambos sentidos de la
membrana respiratoria
INTERCAMBIO GASEOSO
Para que la difusion ocurra debe haber:
ALVEOLO DIFUSION
• Fuente de energia proporcionada por las moleculas
• Todas las moleculas tienen cierto tipo de movimiento
• Choque de unas moleculas con otras
GUYTON. Fisiologia
====================
INTERCAMBIO GASEOSODifusion neta de un gas en una direccion: Gradiente de Concentracion
Camara de gas o solucion
• Presion de un gas que actua sobre la superficie de las vias
respiratorias y alveolos
• Presion del gas
GUYTON. Fisiologia
Presiones gaseosas en una mezcla de gases Presion parcial individual de gases
Fuerza de impacto de todas las moleculas que chocan
Conc. de moleculas del gas
INTERCAMBIO GASEOSO
Presion del gas
GUYTON. Fisiologia
Presiones gaseosas en una mezcla de gases Presion parcial de una mezcla de gases
Velocidad de difusion del gas
79% N21% O2
Presion total de la mezcla760 mmHg
79% N = 600mg Hg 21% O2 = 160 mm Hg
760 mmHg x 0.79 N = 600 mg Hg 760 mmHg x 0.21 O2 = 159.6 =160 mm Hg
La presion parcial de O2 es 160 mm Hg y de N es 600mmHg
INTERCAMBIO GASEOSO
GUYTON. Fisiologia
Presiones gaseosas en una mezcla de gases Presion parcial de una mezcla de gases
PB = Presion barometricaFiO2 = fraccion de O2 inspirado
La presion parcial en mmHg es aprox % x 7
Pi O2 = PB x Fi O2
La presion parcial en Kilopascales es aprox el
%
760 mmHg x 0.79 N = 600 mg Hg 760 mmHg x 0.21 O2 = 159.6 =160 mm Hg
La presion parcial de O2 es 160 mm Hg y de N es 600mmHg
La presion parcial de vapor de agua a 37 o C es 47 mm Hg
Absorcion constante de O2
alveolar
INTERCAMBIO GASEOSO
El aire alveolar tiene diferente composicion que el aire atmosferico
El aire alveolar es sustituido por aire
atmosferico en cada respiracion
solo en parte
Difusion constante de CO2 de la
sangre pulmonar a los alveolos
El aire atmosferico seco que entra al
alveolo se humedece
previamente
GUYTON. Fisiologia
La cantidad de aire atmosferico es sustituido en cada respiracion por una
7ma parte del total
INTERCAMBIO GASEOSO
Si CRF = 2300
GUYTON. Fisiologia
Si 350 cc aire nuevo
1. Cambios bruscos de Concentracion de gases en sangre y tejidos
2. Cambios de pH
3. Hipoxia al interrumpir bruscamente la respiracion
Importacia Clinica
INTERCAMBIO GASEOSO
PO2 alveolar (PAO2)
GUYTON. Fisiologia
Concentracion de PO2 alveolar
Rapidez de absorcion de O2 hacia la sangreRapidez de penetracion de O2 hacia los pulmones
Por cada respiracion
Humidificacion
En aire humedecido la PO2 a nivel del mar es 149.7mmHg
(760 - 47) x 0.21= 149.7
PiO2
37°C a 47 mmHg
PiO2 =( PB – PH2O) x Fi O2
INTERCAMBIO GASEOSO
Morgan. Anestesiologia. 535
Concentracion de PO2 alveolar
Mezcla de gas inspiradoGas alveolar residual
> 75 mmHg Hipoxia
Si hay alta conc. O2 Inspirado, no
PaCO2
PA O2 = Pi O2 – Pa CO2 CR
PA CO2 = presion arterial de CO2CR = cociente respiratorio
PA O2 = % Conc. O2 inspirado x 6
Ej. Fi O2 40%: PA O2 = 40 x 6 = 240 mm Hg
Union de O2 a Hb
INTERCAMBIO GASEOSO
Se considera identica a PA O2
Presiones de O2 pulmonar al final de los capilares
Velocidad de difusion del O2Tiempo de transito sanguineo capilar pulmonar
Pc*O2
Velocidad de transferencia del O2 del gas alveolar a la
sangreFlujo sanguineo pulmonar
DL O2 = Captacion de O2 PA O2 – PC^O2
Morgan. Anestesiologia. 536
No puede medirse con precision
DL O2 = Captacion de Monoxido de Carbono PA O2 – PC O2
INTERCAMBIO GASEOSO
Se mide en aire ambiental
Presion de O2 arterial
La causa mas comun es el aumento del gradiente A-a pulmonar
PA O2
HIPOXEMIA
Pa O2 = 102 - Edad 3
Morgan. Anestesiologia. 536
Limite de 60 – 100 mm Hg
Pa O2
Gradiente A -a
PA O2 = % Conc. O2 inspirado x 6
Menor a 15 mmHg
Cantidad de cortocircuito
Dcha-izquierda
Cantidad de dispersion V⁄Q
Presion de O2 venoso mixto
A mayor grado de cortocircuito, menor probabilidad de que un aumento de FiO2 prevenga la hipoxemia
MECANISMOSDE LA HIPOXEMIA
INTERCAMBIO GASEOSO
Baja presion de O2 alveolar
Cortocircuito derecha izquierda
Presion de O2 arterial
• Baja FiO2 inspirada• Concentracion baja de FiO2
• Altitud• Hipoventilacion alveolar
• Efecto 3er gas• Efecto gradiente A a
• Aumento de las areas con baja relacion VQ
• Baja tension de O2 venoso mezclado
• Disminucion del gasto cardiaco
• Aumento del consumo de O2• Disminucion de la
concentracion de hemoglobina
INTERCAMBIO GASEOSO
Representa el equilibrio entre el consumo de O2 y la entrega de O2
Presion de O2 venoso mixto PV O3
PVO2 40mm Hg
Morgan. Anestesiologia. 536
Vena cava superiorVena cava inferior
Corazon
ContenidoCateter
vena pulmonar
Disminucion de PVO2Aumento de consumo de O2
• Fiebre, escalofrios, ejercicios, hipertermia, tormenta tiroidea
Disminucion de liberacion de CO2• Hipoxia, Dism. GC, Dism de
Conc. Hb, Hemoglobina anormalc
Alteraciones Presion de O2 venoso mixto PV O3
Aumento de PVO2Cortocircuito derecha a izquierdaGC altoIncapacidad para captacion tisular:Envenenamiento con cianuroDisminucion del consumo de O2Mecanismos combinados: SepticemiaError en la toma de la muestra
INTERCAMBIO GASEOSO
TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES
Capacidad del Hb para transportar O2
1 gr de Hb transporta 1,39 ml de O2
Concentracion normal de Hb: 15 gr/100cc
1,39 x 15 = 20,85 ml de O2/100 ml.
INTERCAMBIO GASEOSO
Oxígeno::
combinado con Hb97% en union
reversible
disuelto en plasma0.3 cc en 100 cc de
sangre arterial
Transportado
Morgan, Anestesiologia clinica. 538
INTERCAMBIO GASEOSO
Proteína conjugada de 64.400 daltons.4 subunidades . porfirina que contiene hierro en estado ferroso (grupo hem) cadena
polipeptídica.La Hb A, 95% de la Hb normal2 cadenas α 2 cadenas ß
Hem, tiene atomos de FeSitios de union reversible para O2
FENOMENO DE COOPERATIVIDAD
HEMOGLOBINA
La Hb presenta 2 estructuras establesOxihemoglobina.Desoxihemoglobina.
En su conformación desoxihb o T (tensa) tiene muchos puentes salinos entre las subunidades y dentro de ellas. A medida que capta sucesivas moléculas de O2, estos puentes se rompen y alcanza una conformación oxigenada o R (relajada).
TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES
Porcentaje de HEM unido a O2
% de saturacion = O2 combinado con Hb x 100 capacidad de 02
PO2 normal en S Arterial = 95 mm HgSaturacion normal de Hb 97%Sangre venosa mixta: Po2 40 mmHg
INTERCAMBIO GASEOSO
Hemoglobina::
Morgan, Anestesiologia clinica. 538
Coeficiente de utilizacion de Hb
Fraccion de Hb que cede su O2 a los tejidos
Reposo: 25% Por cada 20 ml de O2, la Hb cede 5 ml de O2 por cc de sangre
Ejercicio intensoL 75% , aumenta hasta tres veces la oferta de CO2
CURVA DE SATURACION DE HB
Efe
cto
Bo
hr
INTERCAMBIO GASEOSO
Relación que existe entre PO2 (eje horizontal) % de saturación de la Hb (eje vertical).
A una PO2 normal en sangre arterial (95 mmHg) el % de saturación de la Hb es del 97%.
Cuando la PO2 aumenta por encima de 100 mmHg, la Hb no puede combinarse con mayor cantidad de O2
PO2 entre 100 y 70 mmHg se producen pocos cambios en la cantidad de O2 captado por la Hb. Esto se grafica como la zona plana de la curva.
Con una PO2 entre 40 y 10 mmHg la curva se vuelve descendente, favoreciendo así la liberación de O2 de la Hb en los tejidos.
TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES
Efe
cto
Bo
hr
INTERCAMBIO GASEOSO
Se desplaza hacia la derecha cuando (menor afinidad por el O2):
• Temperatura, • PCO2 • C. de Hidrogeniones
2,3 DPG
TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES •VENTAJAS FISIOLÓGICAS:
INTERCAMBIO GASEOSO
Parte superior plana protege de cualquier desaturación brusca de O2 por reducción de la PO2
Parte inferior muy pendiente,
permite desaturación
eficaz y aporte rápido a los
tejidos mientras la PO2 en plasma
esté reducida.
La afinidad de la curva de O2Hb = PO2 al 50% (indicador de estado)
P50 = 27mmHg
Cifras elevadas de P50 =
afinidad reducida
GUYTON, Fisiologia Medica, pg 505
GUYTON, Fisiologia Medica, pg 505
Cuando aumenta la tasa metabólica de los tejidos, su
producción de dióxido de carbono aumenta.
El dióxido de carbono forma bicarbonato
INTERCAMBIO GASEOSO EFECTO BOHR
Corresponde al anhídrido carbónico sobre la afinidad del O2 y Hb inducido por la reducción del pH por aumento del
PCO2 y por efectos del anhídrido carbónico sobre la Hb
• Aumenta la temperatura, PCO2 y concentración de hidrogeniones
• Reducción de 2,3 DPG
Facilita el transporte de oxígeno cuando la Hb se
une al O2 en los pulmones, pero luego lo libera en los tejidos que
más necesitan de oxígeno.
Se desplaza hacia la derecha cuando (menor afinidad por el O2):
.
Cuando aumenta la tasa metabólica de los tejidos, su producción de dióxido de carbono aumenta.
El dióxido de carbono forma bicarbonato
INTERCAMBIO GASEOSO EFECTO BOHR
Facilita el transporte de oxígeno cuando la
Hb se une al O2 en los pulmones
pero luego lo libera en los tejidos que más necesitan de
oxígeno
INTERCAMBIO GASEOSO
GUYTON. Fisiologia
CONTENIDO DE O2
Hb= Concentracion de Hb en gr Dl de sangreSO2 saturacion de Hb a una PO2 dada
Hb = 15 g / dLCalcule lel contenido normal de O2 para:
Sangre arterialSangre venosa mixta
Diferencia AV
Contenido de O2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x PO2 + (SO2 x Hb x 1.31 mL/dL de sangre)
Suma del O2 transportado en sangre mas el O2 en Hb
Nunca alcanza su nivel maximo teorico sino que esta mas cerca de 1.31 cc O2/dL de sangre/mm Hg
Se expresa asi:
Ejemplo
INTERCAMBIO GASEOSO
GUYTON. Fisiologia
CONTENIDO DE O2
Hb= Concentracion de Hb en gr Dl de sangreSO2 saturacion de Hb a una PO2 dada
Hb = 15 g / dLCalcule lel contenido normal de O2 para:
• Sangre arterial• Sangre venosa
mixta• Diferencia AV
Contenido de O2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x PO2 + (SO2 x Hb x 1.31 mL/dL de sangre)
CaO2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x 100 + (0.975 x 15 x 1.31 mL/dL de sangre)
= 19.5 mL/dL de sangre
CVO2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x 40 + (0.75 x 15 x 1.31 mL/dL de sangre)
= 14.8 mL/dL de sangre
CaO2 – CV)2 = 4.7 mL/ dL de sangre
INTERCAMBIO GASEOSO
MORGAN, Anestesiologia Clinica, 541
TRANSPORTE DE O2
Contenido de O2 arterial depende de:
PaO2Conc. Hb
DO2 = CaO2 x QTFuncion respiratoriaFuncion circulatoria
ECUACION DE FICK
Expresa la relacion entre el consumo de O2, contenido de O2 y gasto cardiaco
Ejemplo
Suministro de O2 = 20 mL O2/ dL sangre x 50 dL/min
= 1000 ml O2/ min
Consumo de O2= VO2 = Qt x (CaO2 – CVO2)Al despejarla obtenemos:
CaO2 = VO2 + CVO2QT
INTERCAMBIO GASEOSO
MORGAN, Anestesiologia Clinica, 541
TRANSPORTE DE O2
Cuando la demanda de O2 excede la
entrega la fraccion de extraccion de O2 aumenta por encima
del 25%
DO2 = CaO2 x QTLa diferencia arteriovenosa es una medida adecuada para reflejar la entrega de
O2 Ejemplo
Suministro de O2 = 20 mL O2/ dL sangre x 50 dL/min
= 1000 ml O2/ min
Consumo de O2= VO2 = Qt x (CaO2 – CVO2)Al despejarla obtenemos:
CaO2 = VO2 + CVO2QT
Curva de disociación de la O2Hb desviada a la derecha
INTERCAMBIO GASEOSO
Dióxido de carbono:
disuelto en forma de bicarbonato (principal)
combinado con carbamino
Producto del metabolismo aerobio mitocondrialTransportado
hidroxilación del CO2 y agua en el
interior de hematíe
anhidrasa carbónica intraeritrocitaria
Resultado de la mezcla de sangre de los tejidos con diversa actividad metabolica
Coef. Solubilidad
0.067 mL/dL/mmH
g a 37oC
• HCO3:
Cambio del cloruro de Hamburgerw
INTERCAMBIO GASEOSO
Plasma menos 1%
Intraeritrocitaria en el
lado venoso
Prod. De HCO3 que difunde al
plasma
Ion cloruro entra al eritrocito
Capilar pulmonar Cl sale y HCO3 entra al GR
Dióxido de
carbono:
•:
INTERCAMBIO GASEOSO
Compuestos carbamino
Ph fisiologicoMinimo Co2
CarbaminoHb
Desoxihemoglobina3.5 veces mas afin al CO2 que carboxiHb
EL CO2 reaccion a con grupos amino de acuerdo a la ecuacion
R=NH2 + CO2 RNH – CO2 + H
Las reservas de CO2 (120 L)
Se encuentran bajo la forma de CO2 disuelto y
bicarbonato
VARIANTES QUE REGULAN LA PO2 Y PCO2
Extrapulmonares:
• PO2 inspirada• Ventilación total• Gasto cardiaco • Consumo de oxígeno
INTERCAMBIO GASEOSO
Intrapulmonares:
• Desequilibrio de las relaciones ventilación-perfusión (VA/Q)
• Aumento del cortocircuito (shunt) intrapulmonar
• Limitación de la difusión de oxígeno
INTERCAMBIOGASEOSO
FISIOLÓGICO
“LA FALLA EN ALGUNO DE LOS 4 PRIMEROS PROVOCARÁ HIPOXEMIA”
INTERCAMBIO GASEOSO
Ventilación alveolar
Difusión alvéolo – capilar de oxígeno
Relación ventilación/perfusión
Cortocircuito intra
pulmonar
Transporte sistémico a los tejidos
VENTILACIÓN ALVEOLAR
Incorporación del oxígeno desde el exterior hacia el capilar pulmonar y eliminación de anhídrido
carbónico
INTERCAMBIO GASEOSO
• No es continua, al igual que la perfusión capilar pulmonar
• Capacidad residual funcional (3lts aprox), gran parte situada en los alvéolos
• Volumen circulante (VT) durante la inspiración provoca aumento del volumen de gas alveolar
,
INTERCAMBIO GASEOSO
VENTILACIÓN ALVEOLAR
VC x FR =vol min
VE7500
ml/min
5250 ml/min componente alveolar que participa en el IG
2250 ml/min Espacio muerto anatomico
• La relación entre PACO2 con la VA viene regulada por la ecuacion ideal del gas alveolar para el anhídrido carbónico:
VA = ventilación alveolarVCO2 = ventilación de CO2PACO2 = presión alveolar de CO2
De forma que para una determinada producción metabólica de anhídrido carbónico los cambios de VA son recíprocos con los de PACO2
Solo es válido en condiciones de estado estable
VA = VCO2 x K PACO
INTERCAMBIO GASEOSOVENTILACIÓN ALVEOLAR
VENTILACIÓN ALVEOLAR• Relacion PO2 y la PCO2 en un pulmón perfecto Ecuación ideal del gas alveolar para el O2
R = cociente de intercambio respiratorio ( VCO2/VO2), cuyo valor es 0,8Equivalente al cociente respiratorio metabólico
En condiciones fisiológicas siempre existe diferencia alveolo capilar de PO2 (A – aPO2) debido a diferencias Va/Q topográficas – gravitacionales y pequeño aporte de sangre venosa al compartimiento arterial.
Este puede modificarse por FIO2 aumenta, cambios en sangre venosa curva de O2Hb
INTERCAMBIO GASEOSO
PAO2 = PIO2 _ PACO2
R
A – aPO2 = 4 – 8 mmHg
DIFUSIÓN ALVEOLO – CAPILAR DE OXÍGENO
Permite el Tráfico de todos estos gases desde el capilar sanguíneo hacia el interior de las células y
viceversa
INTERCAMBIO GASEOSO
Mecanismo principal del transporte de oxígeno y de otros gases desde
las vías aéreas más periféricas hacia la interfase alveolo-capilar
DIFUSIÓN ALVEOLO – CAPILAR DE OXÍGENO
A = área utilD = coeficiente de difusiónP1 – P2 = diferencia de presiones parciales a cada lado de la interfaseT = espesor
D es directamente proporcional a la solubilidad del gas (sol) en la interfase e inversamente a la raíz cuadrada de su peso molecular (MW)
INTERCAMBIO GASEOSO
VG = A x D x (P1 – P2)
T
LEY DE DIFUSIÓN DE FICK “grado de difusión de un gas a través de una barrera líquida es
directamente proporcional al área útil para la difusión, coeficiente de difusión y diferencias de presiones parciales a cada lado de la
interfase e inversamente proporcional a su espesor”
DIFUSIÓN ALVEOLO – CAPILAR DE OXÍGENO
INTERCAMBIO GASEOSO
• O2 y CO2
difunden de forma pasiva desde un área de presión parcial más elevada hacia otra más reducida, sin gasto energético.
• CO2 difunde 20 veces más rápido que el O2.
• Tiempo de tránsito de la sangre por el capilar pulmonar: 0,75 seg, con reducción notable durante el ejercicio.
•En condiciones normales la transferencia de estos 2 gases esta limitada por la perfusión y tan solo en situacines anómales queda limitada por la difusión.
RELACIÓN VENTILACIÓN PERFUSIÓN
INTERCAMBIO GASEOSO
Desigualdad entre la ventilación alveolar y la perfusión del tejido pulmonar
”
RELACIÓN VENTILACIÓN PERFUSIÓN
• Ventilación y perfusión no son uniformes
• La relación VA/Q es mayor en el vértice pulmonar, disminuyendo hacia las bases
• 3 patrones:
Perfusión prevalece sobre ventilación (VA/Q = 0,63) BASES
Proporción ventilación – perfusión igual (VA/Q = 1) MEDIO Ventilación prevalece sobre perfusión (VA/Q = 3,3)
VÉRTICES
INTERCAMBIO GASEOSO
IMPORTANCIA CLINICA DEL PULMÓN COMO INTERCAMBIADOR DE GASES
• Hipoxemia arterial, con o sin hipercapnia
1.- Hipoventilación2.- Trastornos de la difusión3.- Desigualdad entre la perfusión y la difusión4.-Cortocircuito pulmonar (shunt)5.-Reducción de la PO2, inspirada, como ocurre a grandes alturas o al respirar una mezcla de gases con escasa concentración de O2.
• Insuficiencia respiratoria
• Trastornos del equilibrio ácido - base
Falla
INTERCAMBIO GASEOSO
Gracias!!!!!
INTERCAMBIO GASEOSO
CASCADA DE OXÍGENO
Consumo de moléculas de O2:
En reposo se consume 250 ml/min de O2
El anhídrido carbónico por el contrario produce 200ml/min
INTERCAMBIO GASEOSO
La actividad metabólica
adenosin – trifosfato ATP genera
energía
Gracias!!!!