FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

Universidad Privada Antenor OrregoFACULTAD DE MEDICINA HUMANA

Fisiología RespiratoriaDr. Edgar Yan Quiroz

Médico CirujanoDocente del Curso de Morfofisiología II

Trujillo – Perú2007

Dr. Edgar Yan Quiroz

Fisiología de la respiración

Intercambio I:De la atmósferaal pulmón

Intercambio II:Del pulmón a la sangre

Transporte de gases en la sangre

Intercambio III:De la sangre a las células

Células

O2

O2

CO2

CO2

O2

O2CO2

CO2

Víaaérea

Alvéolo de Los pulmones

Circulación pulmonar

Circulaciónsistémica

O2CO2

NutrientesATP

Respiración célular

Corazón

La respiración consiste en el intercambio de gases (O2, CO2) entre las células y la atmósfera.

Puede dividirse en:• Externa: Intercambio de

gases (O2/CO2) a nivel pulmonar

• Interna: Respiración celular


La respiración y sus órganos participan además en otras funciones:

• Regulación del equilibrio ácido/base• Regulación de la temperatura corporal• Excreción de compuestos (por

ejemplo, cuerpos cetónicos, metano, alcohol, etc)

• Actividad hormonal: angiotensina.


Valores en reposo

• Frecuencia respiratoria: 12-15 respiraciones minuto

• Volumen: 500 cc aire inspirado/espirado en cada ciclo

• 6-8 L/min = 250 mL 02 y 200 mL CO2


Propiedades de los gases

• Aire es una mezcla de gases, cada uno difunde independientemente

• Composición del aire seco:• Oxígeno 28.98%• CO2 0.04%• N 78.06%• Otros 0.92%

• Gases son compresibles y expandibles, flujo cuando resistencia

• Gases difunden por diferencia de presiones


• Solubilidad de un gas depende:• Presión parcial del gas:

Producto de la presión total x fracción del gas, (0.21 x 760mmHg = 160mmHg)

• Temperatura• Solubilidad en un solvente particular

• Agua: solvente universal• O2 en agua: 0.1 m moles/L (pobre)• CO2 en agua: 3.0 m moles/L (buena) 30 veces mayor.

Propiedades de los gases


Aparato Respiratorio: Anatomía

El Aparato Respiratorio

Estructura de los pulmones y cavidad torácica


Las vías aéreas: Conducción del aire desde el exterior al alveolo

• Filtrar, calentar & humedecer el aire• Nariz, (boca), traquea, bronquios & bronquiolos• Incremento del área de sección transversal


• Paredes de bronquios y bronquiolos inervados por SNA.

• Receptores adrenergicos B2 y receptores muscarínicos

• Inervación no colinérgica – no adrenérgica, VIP

Bronquios y su inervación

Fotomicrografía de un bronquiolo (X117). Obsérvese la presencia de músculo liso y la ausencia de cartílago en su pared.


Dinámica De La Ventilación

• La finalidad de los movimientos respiratorios es incrementar el flujo aéreo en los pulmones.

• El principal músculo inspiratorio es el diafragma, siguiendo los intercostales externos, pectorales y ECM. Los músculos espiratorios son: intercostales internos y rectos abdominales

• La espiración normal es resultado de la elasticidad pulmonar


AUMENTO DE LA CAVIDAD TORACICA

Intercostales externos Diafragma

DISMINUCION DE LA CAVIDAD

TORACICA

Intercostales internos

Dinámica De La Ventilación


Volúmenes y capacidades pulmonares

• El espacio en la vías de conducción ocupado por el gas que no participa en el intercambio se denomina: Espacio muerto (aprox. es = al peso corporal en libras)


ESPIROMETRIA: volúmenes de aire que se movilizan en la respiración

VRE (VT)

VRI(CV)

(CPT)VRCRF

CI



Volúmenes y capacidades pulmonares

Campana

Aire

Agua

Inspiración Espiración

Tiempo

Volumen(L)

Cuando el sujeto inhala, el aire se moviliza hacia el interior de los pulmones.El volumen de la campana disminuye y el bolígrafo sube en el trazado.


• Volumen minuto: F x V, “Normal” = 12 x 0,5L = 6 L

• Ejercicio = 35-45 x 2L = 70-90L• Diferencia 15 veces. (valores máximos

registrados : 200 L /min)• Tiempo inspiratorio (Ti): duración en

segundos desde el inicio al final del volumen inspiratorio.

• Tiempo espiratorio (Te): duración en segundos desde el final del flujo inspiratorio hasta el inicio del ciclo siguiente.

Ventilación pulmonar


• La ventilación pulmonar (V) y la cantidad de sangre que recibe el pulmón (perfusión, Q) guardan una correlación, que se rompe en un punto: UMBRAL VENTILATORIO

• Reposo: • Q = 5L/min bases > vértices• V= 4,2L/min vértices > bases• V/Q=0,8

Relación ventilación - perfusión


Cuando el agua forma una superficie con el aire, las moléculas de la superficie del agua tienen una atracción suplementaria entre sí La superficie del agua siempre trata de contraerse (ejemplo: gotas de lluvia)

Tensión Superficial


• Tiende a reducir la tensión superficial, se forma en las células epiteliales tipo II y uno de sus componentes importantes es la dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC).

• Baja la tensión superficial en los alvéolos, haciendo que el pulmón sea más distensible. Favorece la estabilidad de los alvéolos. Contribuye a mantener secos los alvéolos.

• La pérdida de surfactante ocasionaría pulmones rígidos, áreas de atelectasia y alvéolos ocupados con trasúdado.

Tensión Superficial: Surfactante pulmonar


Red capilar sobre la superficie del alvéolo

Arteriolapulmonar

Flujosanguíneo

Flujosanguíneo

Vénulapulmonar

Arteriapulmonar

Venapulmonar

Bronquiolo

Sacoalveolar

ConductoalveolarAlvéolo

Intercambio gaseoso en los pulmones




Espacio alveolar

0.1 – 1.5 um

Lumen capilarPlasma

Núcleo de Célula endotelial

Membranas basales fusionadasEpitelio alveolar

Surfactantepulmonar

ERITROCITO

O2

O2



Ley de Fick: “La celeridad del traslado de un gas a través de una membrana de tejido es directamente proporcional a la superficie del tejido y a la diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados, e inversamente proporcional al espesor de la membrana”.Fig. Difusión a través de una lámina de tejido.

A: área superficial,D: constate de difusiónT: espesorM.W. : peso molecular.

Gases: Difusión



Circulación sistémica

O2

O2

PO2 = 104 mm Hg

Alvéolo

PO2 = 40 mm Hg

Sangre venosa

PO2 = 104 mmHg

Sangre arterial

Aire seco = 760 mmHg PO2 = 160 mmHg

Transporte CO2

HCO3- = 70%

Hb-CO2 = 23%CO2 disuelto = 7%

Transporte O2

Hb-O2 = > 98%O2 disuelto = < 2%

PO2 = 40 mm Hg

Intercambio gaseoso en los pulmones y sistémico: O2

PO2 = 40 mm HgSangre venosa

Tejidos

ARTERIA PULMONAR

PO2 = 95 mmHg

Sangre arterial

VENA PULMONAR




CO2

CO2

PCO2 = 40 mm Hg

Alvéolo

PCO2 = 45 mm Hg

Sangre venosa

PCO2 = 40 mmHg

Sangre arterial

Aire seco = 760 mmHg PCO2 = 0.3 mmHg

Transporte CO2

HCO3- = 70%


Transporte O2

Hb-O2 = > 98%O2 disuelto = < 2%

PCO2 > 45 mm Hg

Intercambio gaseoso en los pulmones y sistémico: CO2

Aire espiradoPO2 = 116.0 mmHg

PCO2 = 32.0 mmHg

PCO2 = 45 mm HgSangre venosa

Tejidos

ARTERIA PULMONAR

PCO2 = 40 mmHg

Sangre arterial

VENA PULMONAR

CO2




CO2 O2

CO2O2

PO2 = 104 mm HgPCO2 = 40 mm Hg

Alvéolo


Sangre venosa

PO2 = 104 mmHgPCO2 = 40 mmHg

Sangre arterial

Aire seco = 760 mmHg PO2 = 160 mmHg

PCO2 = 0.3 mmHg

Transporte CO2

HCO3- = 70%


Transporte O2

Hb-O2 = > 98%O2 disuelto = < 2%

PO2 = 40 mm HgPCO2 > 45 mm Hg

Intercambio gaseoso en los pulmones y sistémico

Aire espiradoPO2 = 116.0 mmHg

PCO2 = 32.0 mmHg


Sangre venosa

Tejidos

ARTERIA PULMONAR

PO2 = 95 mmHgPCO2 = 40 mmHg

Sangre arterial

VENA PULMONAR







Sangre arterial

ERITROCITO

Transporte alas células

Célula

Usada en la respiración

celular

disuelto en plasma

disuelto en plasma

Alveólo



Sangre venosa

Respiracióncelular

en tejidosperiféricos

CO2

disuelto(7%)

HCO3-

en plasma(70%)

AC

Alveolo

HCO3-

en plasma

CO2

disuelto

CO2

disueltoCO2

AC

Transporte alos pulmones

ERITROCITO


Factores que modifican el transporte de O2 por la Hb


Transporte de Oxígeno: Resumen

•¿Cuáles pueden modificarse?

Oxígeno disuelto enplasma (PO2 en plasma)

Ayuda a determinar

esta influenciado por

Frecuencia yprofundidad

de la respiración

Resistencia a la

vía aérea

Área de superficie

Distancia de

difusión

Compliancepulmonar

Espesor de la membrana

Ventilaciónalveolar

Adecuadaperfusión del

alvéolo

Difusión de oxígeno entre el alvéolo

y la sangre

Composición del aire inspirado

Cantidad deLíquido intersticial

Oxígeno ligado a la Hb

% de Saturación de Hb

Número de eritrocitosTemperatura

afectado por

CONTENIDO TOTAL DE O2 ARTERIAL

Contenido de Hb

por eritrocito

Número total de sitios ligados


Pulmón normal

PO2 normal

PO2 normal

PO2 normal o bajo

PO2 bajo

PO2 normal o bajo

PO2 bajo

Superficie de intercambio normal

PO2 bajo

PO2 bajo

PO2 bajo

PO2 normalIncremento de la distancia de difusión

Bronquiolos constreñidos

Enfisema: Destrucción de alvéolos disminuye el área para el intercambio gaseoso

Edema pulmonar: Fluído en el espacio intersticial incrementa la distancia deDifusión. PCO2 arterial podría ser normal debido a la alta solubilidad del CO2

Asma: Incremento de la resistencia de la vía aérea por lo que decrece la ventilación de la vía aérea

Enfermedad pulmonar fibrótica: Membrana alveolar gruesa retarda el Intercambio gaseoso. La pérdida de compliance pulmonar podría disminuirla ventilación alveolar

Patologías pulmonares que afectan el intercambio gaseoso


• Respiración espontánea se produce por descargas rítmicas de las neuronas motoras que inervan los músculos respiratorios

• Reguladas por modificaciones de PO2, PCO2 y [H+]

• Control Nervioso• Control Químico

Regulación de la respiración


Controlador central

Sensores Efectores

Entrada Salida

Protuberancia, bulbo,otras partes del encéfalo

Quimiorreceptores, receptorespulmonares y otros receptores

Músculos respiratorios

Elementos esenciales del sistema de control respiratorio


TRONCO ENCEFÁLICOPeriodicidad de la inspiración y la espiración es regida por neuronas que se encuentran en la protuberancia y el bulbo.a) Centro respiratorio bulbarQue se halla en la formación reticular del bulbo raquídeo, por debajo del piso de IV ventrículo.

•Grupo respiratorio dorsal: responsables del ritmo básico de la ventilación.•Grupo respiratorio ventral: inactiva durante la respiración tranquila.

Regulación de la respiración: Control central


TRONCO ENCEFÁLICO

b) Centro apnéustico• Protuberancia inferior.

c) Centro neumotáxico• Protuberancia superior.• Parece “cortar” o inhibir la inspiración, regulando así el

volumen inspiratorio y, en forma secundaria, la frecuencia respiratoria.



CORTEZA• La respiración se encuentra bajo control voluntario en

una medida considerable y la corteza puede pasar por alto la función del tronco encefálico.

OTRAS PARTES DEL ENCEFALO• Sístema límbico y el hipotálamo.



QUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS• Quimiorreceptor es un órgano receptor que responde

a algún cambio que experimente la composición química de la sangre o de otro líquido que lo rodea.

• Se hallan localizados en los cuerpos carotídeos, situados en las bifurcaciones de ambas arterias carótidas primitivas, y en los cuerpos aórticos, por encima y por debajo del cayado de la aorta.

Regulación de la respiración: Sensores


Regulación de la respiración: SensoresQUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS• Responden a las reducciones de la PCO2 y el pH

arteriales, y a los aumentos de la PCO2 arterial• Son responsables de todo aumento de la ventilación que

ocurre en el ser humano como respuesta a la hipoxemia arterial.


Regulación de la respiración

• Grupo respiratorio dorsal – Inspiración• Grupo respiratorio ventral – Respiración forzada



Regulación de la respiración: Quimioreceptor periférico


Regulación de la respiración: Quimioreceptor periférico• Cuerpos

carotideos & aorticos: receptores; O2, CO2 & H+

• Receptor CO2 medular

Vaso sanguíneo

Canales de K+

Canales de Ca+

voltaje dependientesde tipo L

Ca+

Receptor de dopanima en el axon aferente

de la neurona sensorial(IX Par)

PO2

Vesículas dopaminérgicas

Célula tipo I(Glomosa)

K+

K+ K+

K+

Ca+ Ca+


Regulación de la respiración: Quimioreceptor periférico

Receptor de dopamina en el axon aferente

de la neurona sensorial(IX Par)

Potencial de acción

7

Vaso sanguíneo

1 Canales de K+

2

3 Célula se despolariza

4

5

6

PO2

Vesículas dopaminérgicas

Ca+

Canales de Ca+

voltaje dependientesde tipo L

Ca+

Ca+ Ca+


QUIMIORRECEPTORES CENTRALES

• Los receptores más importantes se encuentran situados en la proximidad de la superficie ventral del bulbo, cerca de la salida de los pares craneales IX y X.

• Responden a los cambios de la concentración de H + en el líquido extracelular del encéfalo.

Regulación de la respiración: Sensores


Células

↑ CO2

Víaaérea




CO2

ATP


Corazón

Intercambio I:De la atmósferaal pulmón

Intercambio II:Del pulmón a la sangre


Intercambio III:De la sangre a las células

Células

O2

O2CO2

O2

O2CO2

CO2

Víaaérea




O2CO2

NutrientesATP


Corazón

↑ CO2

↑ CO2

↑ CO2↑ CO2


Área Quimiorreceptora

sensible

PCO2

CapilarcerebralBarrera

hematoencefálica

Grupo respiratorio

dorsal

Ventilación

Neuronas motoras

somáticas

Diafragma IntercostalesExternos

EsternocleidomastoideoEscalenos

AC

LíquidoCefalorraquídeo

BULBO RAQUÍDEO

Regulación de la respiración: Quimioreceptor central


Regulación de la respiración: Centro pontino


Resúmen de la Regulación respiratoria

Quimiorreceptorcentral

Quimiorreceptorperiférico

↑ PCO2 en LCR ↑ PCO2 Arterial

↑ CO2 en LCR ↑ H+ ↑ HCO3- ↑ CO2 ↑ H+ en plasma ↑ HCO3

-

↑ Plasma PO2

↑ Plasma PCO2

+ +

Retroalimentación negativa

-

-EstímuloReceptor

Respuesta sistémica


Regulación de la respiración: Control nervioso y químico

Inspiración Espiración

Cortezacerebral

Sistemalímbico

CO2 O2 y pHEmociones y

Control voluntario

Centroscerebralessuperiores

Quimiorreceptoresmedulares

Quimiorreceptoresaórticos y carotídeos

Neuronas sensorialesaferentes

Centro Patrón Generador

Puente

Bulbo raquídeo

Grupo Respiratorio

Dorsal

Grupo Respiratorio

Ventral

Neuronas motoras

somáticas (Inspiración)

Neuronas motoras

somáticas (Espiración)

Escalenos y Esternocleiodmastoideos

Intercostalesexternos

Diafragma Intercostalesinternos

Músculosabdominales

Sistemalímbico

GrupoRespiratorio

Dorsal GrupoRespiratorio

Ventral

Diafragma


…No todo lo que puede ser contado cuenta, y no todo lo que cuenta puede ser contado

Albert Einstein

Muchas Gracias

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