CONSUMO DE O 2
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CONSUMO DE O2CONSUMO DE O2
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La eliminación de CO2 es tan importante como el consumo de O2 y tiene acción directa sobre las patologías del estado ácido-base.
La relación entre ambos gases se cuantifica con el cociente respiratorio.
clic
clic.
OBJETIVOS
Es necesario utilizar variables como Volumen minuto ventilatorio ( Ve, l/min), Volumen corriente (Vc, cc), frecuencia ventilatoria (Fv), presión parcial (Pp, mmHg), porcentaje del gas (%) o su fracción unitaria ( F ).
Para recordar algunos conceptos básicos debe consultar las clases de Centro respiratorio, Hematosis, Transporte de O2, Exploración Funcional Pulmonar.
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El consumo de O2 (VO2) es una medida de la actividad metabólica de una célula, un tejido, un órgano o el organismo completo.
En fisiología y en clínica se estudia su variación cuando el individuo está en reposo o realiza esfuerzos variados hasta llegar a un máximo (VO2max).
Es un método utilizado para cuantificar las limitaciones impuestas por diferentes patologías.
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CONSUMO DE O2 reposo
durante esfuerzo máximo
pico
CONSUMO DE O2 reposo
durante esfuerzo máximo
pico
MENUGENERAL
ELIMINACION DE CO2 ELIMINACION DE CO2
COCIENTE RESPIRATORIOCOCIENTE RESPIRATORIO
CONSUMO
DE
OXIGENO
1 de 2 MENU
clic
clic
La energía necesaria para actividades basales o de realización de esfuerzo en el ser humano son provistas de lípidos, glúcidos y proteínas, a través de su oxidación mediante el O2 del aire que se respira.
El consumo de O2 ( VO2 ) es una medida de la actividad celular metabólica
y puede ser determinado tanto por la diferencia entre el gas inspirado y espirado o por la diferencia entre el gas contenido en la sangre que ingresa a la célula o tejido y el que sale. La condición que se debe cumplir es que exista un estado estacionario durante el período de medición.
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El VO2 en reposo es de aproximadamente 250 cc/min y puede llegar en esfuerzo máximo a 4000 cc/min. Existen valores de predicción por edad, sexo, altura, peso.
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Por ejemplo un aumento de ventilación normalmente se acompaña de un aumento de las reservas de O2 (aumento de PO2 en gas alveolar, disuelto en plasma, en sangre arterial y venosa, tejidos) y ello podría hacer pensar en un aumento del VO2 al medirlo en los gases ventilados.
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Por lo tanto el VO2 solo puede ser estimado correctamente midiendo la composición de los gases en la boca en condiciones de volumen minuto cardíaco, ventilación y metabolismo celular estable, lo que en la práctica se logra produciendo aumentos de las cargas en las pruebas de esfuerzo controladas, que tengan una duración que permita asegurar las condiciones antes mencionadas.
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CONSUMO
DE
OXIGENO
ConstrictoresDilatadoresCv Ca
2 de 2
El modelo presentado corresponde a un pulmón monoalveolar que difiere del multiallveolar descrito en otros temas
MENU
Ver las clases Circulación Pulmonar y Sistema Cardiopulmonar
Existe una descripción clásica desde los tiempos de Julius Comroe en 1960 para analizar la interrelación entre ventilación y circulación, donde la resultante final es el consumo de oxígeno ( VO2 ).
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VO2
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Q.
60.6
R
E
P
O
S
O
CONSUMO
DE
OXIGENO
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150
16
115
La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre el gas de ingreso y el de egreso
Durante una inspiración normal en reposo
Durante una espiración normal en reposo
1 de 2
6 litros de aire pueden estar producidos por un Vc de 0.6 litros y una Fr de 10
la FiO2 es de 21% (0.21) o una PiO2 de 150 mm Hg a nivel del mar
6*.80.6*.8
la FeO2 es de 16% (0.16) o una PeO2 de 115 mm Hg
clic
clic
clic
Ver la clase Centro Respiratorio MENU
El VO2 en reposo en este ejemplo es de 300cc/min
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Ve litro/min
Vc cc
FiO2 (%)
PO2 mmHg
.
(Fi% –Fe% ) *10 *Ve
(21-16) * 10 * 6
5 * 10 * 6
300 cc/min de VO2
.
El Ve y el Vc son menores por la relación entre el O2
consumido a CO2 producido
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R
E
P
O
S
O
CONSUMO
DE
OXIGENO
La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre la sangre de egreso a través de la aorta y la de ingreso a la arteria pulmonar.
2 de 2
clic
clic
Ello se debe complementar con la relación cardiovascular.
6
20
100
6
15
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Ver clase Hematosis, Saturación y contenido MENU
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Q litro/minCaO2 cc/100ccCvO2 cc/100ccPO2 mmHg
.
El VO2 es de 300 cc/min.
Se describió la forma de cálculo del VO2 en reposo analizando la ventilación que es la forma habitual en el estudio en clínica.
.
Cuando la sangre regresa luego de pasar por todos los tejidos corporales el contenido venoso mixto (CvO2) es de 15 cc/100cc y la PO2
de 40 mmHg en condiciones normales.
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(Ca –Cv ) *10 *Q
(20-15) * 10 * 6
5 * 10 * 6
300 cc/min de VO2
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-
Sale a través de la aorta un volumen mi nuto cardíaco (Q) de 6 l/min con un contenido de O2 de 20 cc/100cc ( CaO2 ) y una PaO2 de 100 mmHg.
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602
E
S
F
U
E
R
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O
CONSUMO
DE
OXIGENO
21
150
16
115
La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre el gas de ingreso y el de egreso .
Durante la inspiración en esfuerzo
Durante la espiración en esfuerzo
1 de 2
60 litros de aire pueden estar producidos por un Vc de 2 litros y una Fr de 30
la FiO2 es de 21% (0.21)o una PiO2 de 150 mm Hg a nivel del mar
60*.82 *.8
la FeO2 es de 16% (0.16) o una PiO2 de 115 mm Hg
clic
clic
Ver clase de Hematosis, Saturación y Contenido MENU
Ve litro/min
Vc cc
FiO2 (%)
PO2 mmHg
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(Fi% –Fe% ) *10 *Ve
(21-16) * 10 * 60
5 * 10 * 60
3000 cc/min de VO2
.
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El VO2 en esfuerzo en este ejemplo es de 3000cc/min
.clic
el Ve calculado del Vc puede mantenerse igual al inspirado solo si la relación entre el O2 consumido a CO2 producido es de 1.
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R
E
P
O
S
O
CONSUMO
DE
OXIGENO
La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre la sangre de egreso a través de la aorta y la de ingreso a la arteria pulmonar.
2 de 2
clic
clic
Ello se debe complementar con la relación cardiovascular.
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>100
24
5
<40
Ver clase Hematosis, Saturación y contenido MENU
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Q litro/min
CaO2 cc/100cc
CvO2 cc/100cc
PO2 mmHg
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El VO2 es de 3600 cc/min.
Se describió la forma de cálculo del VO2 en esfuerzo analizando la ventilación que es la forma habitual en el estudio en clínica.
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Cuando la sangre regresa luego de pasar por todos los tejidos corporales el contenido venoso mixto (CvO2) es de 5 cc/100cc y la PO2 de menos de 40 mmHg.
-
(Ca –Cv ) *10 *Q
(20-5) * 10 * 24
15 * 10 * 24
3600 cc/min de VO2
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-
Sale a través de la aorta un volumen mi nuto cardíaco (Q) de 24 l/min con un contenido de O2 de 20 cc/100cc ( CaO2 ) y una PaO2 de 100 mmHg o mas.
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Una vez suspendido el esfuerzo hay un período variable para volver a los valores de reposo.
M A
X
I
M O
CONSUMO
DE
OXIGENO
clic
Una vez iniciado el esfuerzo se produce un aumento creciente con el tiempo a una carga fija.
Hay un desarrollo típico desde el comienzo hasta la recuperación postesfuerzo.
1 de 4 MENU
El VO2 tiene un valor de reposo aproximadamente 250 cc/min que en las pruebas cardiológicas se suele representar como una energía de un MET.
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2 4 6 8 10 12
tiempo s
VO2 l/min
3
2
1
0
.
Se estima que a los 2 o 3 minutos se alcanza el máximo para esa carga, que se llama esfuerzo sub máximo.
Será máximo si el VO2 no aumenta a pesar del incremento de la carga.
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Si durante la prueba de esfuerzo un individuo alcanza a realizar un esfuerzo que se equivale a 1000 cc/min de VO2, habrá alcanzado 4 MET.
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M A
X
I
M O
CONSUMO
DE
OXIGENO
2 de 4 MENU
clic
.
2 4 6 8 10 12
tiempo s
VO2 l/min
3
2
1
0
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En forma inmediata al inicio del esfuerzo se produce el aumento de Q, por lo que el retraso presente en el aumento de VO2 se debe a mecanismos periféricos:
Inadecuado aporte de sangre a los músculos
Lento incremento celular del metabolismo aerobio
.
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Como las necesidades energéticas no se cubren con el VO2 se dice que existe un déficit de oxígeno que se provee con
Disminución de PvO2
Uso de enlaces ricos en energía (ATP y otros)
Conversión anaerobia de glucógeno a piruvato y lactato
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-
M A
X
I
M O
CONSUMO
DE
OXIGENO
3 de 4
Toda falta de O2 a este nivel de esfuerzo se traduce en la presencia de metabolismo celular anaerobio y aumento de la concentración de ácido láctico.
El VO2 máximo se alcanza cuando sucesivos incrementos de la carga no se acompañan con aumento del consumo de O2. Como prueba de esfuerzo no es habitual su realización por la exigencia máxima requerida y se utilizan esfuerzos submáximos fijados por la tolerancia del paciente o por la presencia de signos clínicos alarmantes que indican que es prudente la interrupción de la prueba
MENU
clic
Después de algunos minutos el VO2 alcanza su meseta y provee toda la energía necesaria para la contracción de músculos periféricos, ventilatorios y cardíaco en esfuerzos moderados.
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2 4 6 8 10 12
tiempo s
VO2 l/min
3
2
1
0
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3 de 3
M A
X
I
M O
CONSUMO
DE
OXIGENO
4 de 4
La segunda fase es mas lenta hasta alcanzar los valores de reposo, por
Corrección del déficit intracelular de sustancias producido por el metabolismo anaerobio
Oxidación del ácido láctico celular y circulante.
La medición de la etapa de recuperación o de la deuda de O2 son fundamentales
Hay diferentes deudas
MENU
clic
.
2 4 6 8 10 12
tiempo s
VO2 l/min
3
2
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0
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El VO2 se normaliza en una primera fase rápida que corresponde a la fase aláctica que sigue la normalización de los depósitos de oxígeno antes descritos.
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Al interrumpirse el esfuerzo el VO2 queda por encima de los valores de reposo o basales.
Este suplemento de O2 utilizado en la fase de recuperación postesfuerzo se llama deuda de oxígeno
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P
I
C
O
CONSUMO
DE
OXIGENO
Los tiempos iniciales hasta alcanzar la meseta no suelen explorarse ( déficit de O2 ), sino que se fijan tiempos de 1, 3 o 5 minutos desde la iniciación del esfuerzo a una dada carga , en los que se supone que se ha llegado al valor máximo que debe alcanzar el individuo.
Este hecho determina que haya una gran variedad de criterios en los protocolos fijados y propuestos por diferentes autores.
En general se interrumpe el esfuerzo a demanda del paciente por dolor muscular, disnea u otros problemas físicos, por lo que se alcanzan esfuerzos submáximos
Suele llamarse “pico” o “sub máximo” al consumo de oxigeno alcanzado en estas condiciones y representa la capacidad del individuo para soportar un nivel dado del esfuerzo.
3 de 31 de 1 MENU
La forma de desarrollo del VO2 mostrada en pantallas anteriores es muy difundida en análisis básicos en fisiología o bioquímica. En las pruebas de esfuerzo usadas en clínica solamente se utiliza, a veces, cuando se explora un esfuerzo a cargas fijas con tiempos largos de realización.
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60.6
0
0
4
40
La eliminación de CO2 se obtiene por la diferencia entre el gas de egreso y el de ingreso, pues el fenómeno es inverso al del O2
Durante una inspiración normal en reposo
Durante una espiración normal en reposo
1 de 4
6 litros de aire pueden estar producidos por un Vc de 0.6 litros y una Fr de 10
la FiCO2 es de 0% (0) pues el aire ambiente no contiene este gas. La PiCO2 por esta misma razón es 0 mm Hg
6 *.80.6*.8
la Feco2 es de 4% (0.4) o una Peco2 de 40 mm Hg
clic
clic
ELIMIN ACION
DE
CO2
Ver clase Hematosis MENU
Ve litro/min
Vc cc
FiCO2 (%)
PCO2 mmHg
.
El VCO2 en reposo en este ejemplo es de 240cc/min
.clic
El Ve y el Vc espirados son menores por la relación entre el O2 consumido a CO2 producido (R 0.8)
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(Fe% –Fi% ) *10 *Ve
(4 -0) * 10 * 6
4 * 10 * 6
240 cc/min de VCO2
.
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ConstrictoresDilatadoresCvCO2 CaCO2
La concentración (c) estará dada por el contenido de dióxido de carbono en la sangre venosa mixta que ingresa por la arteria pulmonar, al que se le debe restar el contenido de la sangre arterial que egresa con cierta concentración de CO2.
Producto de la actividad metabólica normal, hay una cantidad de CO2 que debe ser eliminada para que se mantenga una presión parcial de CO2 arterial normal (PaCO2 )
Esto se cumple en todo esfuerzo por debajo del umbral anaerobio.
ELIMIN ACION
DE
CO2
2 de 4Ver la clase Hematosis MENU
clic
clic .
Conocidas estas dos variables, masa y concentración, se conocerá el volumen ( V ) de líquido del que el CO2 fue eliminado o excretado; en este caso será el volumen minuto cardíaco (Q)
.
VCO2
.
Q.
M = c * V
VCO2 = (CvCO2 – CaCO2 ) * Q. .-
Cuando se desean analizar las modificaciones cardiovasculares se puede modificar la ecuación anterior, colocando a Q como variable independiente.
ConstrictoresDilatadores
CvCO2 CaCO2DvaCO2Dva
La naturaleza exacta de este mecanismo de regulación no está totalmente definido.
Se postuló la existencia de quimiorreceptores a nivel de sangre venosa mixta (arteria pulmonar) que no han sido identificados; no hay una clara diferencia entre el aumento de CO2 por ventilación (CcCO2) o por circulación (CvCO2).
ELIMIN ACION
DE
CO2
3 de 4 MENU
clic
clic .
VCO2 = DvaCO2 * Q
Q = VCO2 / DvaCO2
. .
..
Q.
Q.
VCO2
.
Si Q disminuye y la ventilación y el VO2 se mantienen constantes se producirá aumento de la diferencia entre el CvCO2 y el CaCO2, llamada diferencia veno-arterial ( DvaO2,). El comportamiento normal es un perfecto ajuste de la ventilación ante aumentos de Q .
.
..
Cuando la demanda energética es constante, también lo es la eliminación del CO2 producido por la interacción de los sistemas respiratorio y cardiovascular.
Si el contenido venoso de O2 y de CO2 se alteran por diferentes acciones existen numerosos receptores cardiopulmonares que modifican la ventilación por las señales de variación de pH, PCO2 y PO2 .
También existen regulaciones de la ventilación producidas por hormonas y otras sustancias químicas específicas que han sido modificadas por el sistema cardiovascular.Debido a la gran difusibilidad del CO2 suele utilizarse la PACO2 de fin de espiración (P End Tidal en inglés) como equivalente de la sangre arterial .
De esta manera se evita la punción de una arteria para extraer sangre para conocer sus variaciones durante el esfuerzo.
4 de 4Ver la clase Circulación Pulmonar MENU
clic.
ConstrictoresDilatadores
CvCO2 CaCO2DvaCO2Dva
Q.
VCO2
.
Cuando la inhomogeneidad pulmonar es muy grande y las variaciones de V/Q son extremas pueden hallarse diferencias importantes que desaconsejen el uso de este método simplificado
. ..
clic
,
ELIMIN ACION
DE
CO2
En caso de esfuerzo muy intenso o extremo, R aumenta hasta valores superiores a 1, por incremento de la utilización de glúcidos y porque se rompe la relación con la actividad metabólica del individuo. La razón prin cipal es la acidosis láctica generada. Obviamente volverá a disminuir cuando se produzca la depleción de glúcidos y la reconversión del ácido láctico.
COCIENTE
RESPIRATORIO
Su valor normal es 0.8 y corresponde a una ingesta y metabolismo de una mezcla de glúcidos ( R = 1) , prótidos (R = 0,7) y lípidos (R = 0.8).
Su valor es una buena referencia de la calibración de los equipos cuando se miden gases respiratorios. Si al iniciar una prueba R es distinto a 0.8 deben analizarse las características del paciente y de la calibración del equipo.
En el caso de un esfuerzo leve o moderado conserva el valor de reposo.
1 de 1
RESUMEN FINALMENU
clic
.
clic
.
La relación en reposo y en estado estacionario entre VO2 y VCO2 es una medida de la actividad metabólica y de los sustratos utilizados por el organismo; se llama Cociente Respiratorio ( R )
. .
.R = VCO2 / VO2 = 240 cc/min / 300 cc/min = 0.8 . .
FIN
La medición del consumo de oxígeno por espirometría (aparato de Benedict) se utilizó en clínica durante muchos años a fin de detectar alteraciones metabólicas.
La eliminación de CO2 está relacionada con el estado ácido-base del organismo y en clínica se estudia por medición de la presión parcial en sangre arterial (PCO2)
clic
clic.
Por estos adelantos técnicos y su aplicación muy difundida es necesario entender conceptos básicos desarrollados en esta clase
CONCLUSIONES
Actualmente se realiza la medición de la concentración de O2 en las mezclas gaseosas respiradas y también el volumen ventilado para poder calcular el consumo de O2 ( VO2, l/min).
Las pruebas de esfuerzo con cintas ergométricas o cicloergómetros ( de pié, de mano) se utilizan para cuantificar las limitaciones producidas por patologías, el aumento de eficiencia en entrenamiento deportivo, las recuperaciones postquirúrgicas.
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El VO2 en reposo se llama consumo de oxígeno basal. El consumo de oxígeno máximo es mas un concepto teórico en relación a la eficiencia metabólica de un individuo, pero su medición se realiza solo en trabajos experimentales muy específicos.
Se miden consumos de O2 submáximos y su interpretación se realiza como la mayoría de las variables fisiológicas: conociendo los valores de predicción o determinando las diferencias existentes con pruebas anteriores.
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