Sistema Respiratorio
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Estructura y función del sistema respiratorio Facultad de Ciencias Biológicas Departamento de Ciencias Biológicas Curso BIO-078
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Fisiología respiratoria.
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Estructura y función del sistema respiratorio
Facultad de Ciencias BiológicasDepartamento de Ciencias Biológicas
Curso BIO-078
El sistema respiratorio cumple confunciones que permiten mantener lahomeostasis
Sus componentes:
- Vías aéreas
- Músculos
Sus funciones:
- INTERCAMBIO GASEOSO
- Equilibrio ácido-base
CONTENIDOS
1. Vías aéreas
2. Perfusión pulmonar
3. Filtrar, humedecer y calentar el aire
4. Presiones parciales de los gases
5. Zona de preguntas
Aprendizaje esperado:Comprender cómo la estructura del sistemarespiratorio le es útil para su funcionamiento.
El sistema respiratorio realiza laconvección externa, mientras que elcardiovascular la convección interna
Funcionalmente, las vías aéreas pueden dividirse en dos
Vías de
conducción
(150 mL/resp)
Zona
respiratoria
(350mL/resp L)
ESPACIO MUERTO
ANATÓMICO
A medida que las vías se ramifican aumenta la superficiey con ello disminuye la velocidad del aire
El transporte de gases entre lasangre y el aire se realiza pordifusión simple
Gran superficie de intercambio Barrera hematogaseosa delgada
La convección
permite un mayor
gradiente de
concentración
Los pulmones están rodeados por la pleura, la cual facilita su movimiento en la caja torácica
Histología
CONTENIDOS
1. Vías aéreas
2. Perfusión pulmonar
3. Filtrar, humedecer y calentar el aire
4. Presiones parciales de los gases
5. Zona de preguntas
Los capilares pulmonares forman una extensa red que permite una gran exposición de la sangre al aire alveolar
Cada glóbulo rojo está alrededor de
0,75 segundos en la red capilar
CONTENIDOS
1. Vías aéreas
2. Perfusión pulmonar
3. Filtrar, humedecer y calentar el aire
4. Presiones parciales de los gases
5. Zona de preguntas
El sistema respiratorio cuenta con mecanismos para protegerse del ingreso de moléculas de diferentes tamaños
Piel con vibrisas (función de filtración del aire)
Generan un flujo turbulento
Comunicación cavidad nasal-faringe en ángulo
recto
El sistema respiratorio cuenta con mecanismos para protegerse del ingreso de moléculas de diferentes tamaños
El sistema respiratorio cuenta con mecanismos para protegerse del ingreso de moléculas de diferentes tamaños
CONTENIDOS
1. Vías aéreas
2. Perfusión pulmonar
3. Filtrar, humedecer y calentar el aire
4. Presiones parciales de los gases
5. Zona de preguntas
Presión parcial de los gases
PGAS = PATM× % del gas en el aire
%O2 = 20,93
%CO2 = 0,03
% N2 = 79,04
La PO2 cae inmediatamente al ingresar al sistema respiratorio producto de la humedad
100 mmHg
PGAS = (PATM - PH2O) × % del gas en el aire
Mecánica ventilatoria
Facultad de Ciencias BiológicasDepartamento de Ciencias Biológicas
Curso BIO -078
El sistema respiratorio debe moverel aire por convección hasta losalvéolos
CONTENIDOS
1. Volúmenes y capacidades pulmonares
2. Ventilación
3. Propiedades elásticas del pulmón y del tórax
4. Inspiración y espiración
Aprendizaje esperado:Conocer y comprender los mecanismosinvolucrados en el proceso de la ventilación.
El espirómetro es un instrumento que se utiliza para medir los volúmenes y capacidades pulmonares
Volúmenes y capacidades pulmonares
CONTENIDOS
1. Volúmenes y capacidades pulmonares
2. Ventilación
3. Propiedades elásticas del pulmón y del tórax
4. Inspiración y espiración
La ventilación es el proceso a través del cual se mueve el aire hacia los pulmones
500 mL× 15 ventilaciones/min
De los 500 mL, 150
mL no participan del
intercambio gaseoso
(500 mL – 150 mL) × 15 ventilaciones/min
Cantidad de aire que participa
del intercambio gaseoso
CONTENIDOS
1. Volúmenes y capacidades pulmonares
2. Ventilación
3. Propiedades elásticas del pulmón y del tórax
4. Inspiración y espiración
Las fuerzas opuestas de la caja torácica y los pulmones generan una presión intrapleural negativa
La presión intrapleural
(PIP) podría considerarse
un indicador de la presión
intratorácica
El objetivo de esta presión
es evitar que los pulmones
colapsen
CONTENIDOS
1. Volúmenes y capacidades pulmonares
2. Ventilación
3. Propiedades elásticas del pulmón y del tórax
4. Inspiración y espiración
Durante la inspiración la contracción muscular se suma a la fuerza expansiva del tórax, lo cual aumenta el volumen torácico
MÚSCULOS PRIMARIOS DE LA INSPIRACIÓN
(DIAFRAGMA E INTERCOSTALES)
Aumenta los diámetros vertical y lateral
Durante la inspiración la contracción muscular se suma a la fuerza expansiva del tórax, lo cual aumenta el volumen torácico
MÚSCULOS PRIMARIOS DE LA INSPIRACIÓN
(DIAFRAGMA E INTERCOSTALES)
Aumenta el diámetro antero-posterior Aumenta el diámetro lateral
Durante la espiración, el retroceso elástico del pulmón junto con la relajación muscular disminuyen el volumen torácico
LA INSPIRACIÓN ES UN PROCESO PASIVO A VT
LA ESPIRACIÓN ES UN PROCESO PASIVO
Durante la espiración, el retroceso elástico del pulmón junto con la relajación muscular disminuyen el volumen torácico
Existen músculos accesorios para la inspiración y la espiración
Control
Los cambios en la presión intrapulmonar, e intra – pleural, generancambios en el volumen pulmonar.
Cambios de presión durante la respiración en reposo.
La relación V/Q es la relación entre la ventilación alveolar y el flujo
sanguíneo pulmonar.
Difusión alvéolo-capilar
Facultad de Ciencias BiológicasDepartamento de Ciencias Biológicas
Curso BIO-078
Una vez que el aire alcanza losalvéolos, el intercambio gaseoso serealiza por difusión simple
CONTENIDOS
1. Leyes de la difusión
2. Difusión alvéolo-capilar de oxígeno y dióxido de carbono
3. Destino del oxígeno
4. Consumo de oxígeno
5. Zona de preguntas
Aprendizaje esperado:Conocer y comprender los mecanismos através de los que se produce el intercambiogaseso alvéolo-capilar
La ley de Henry establece que la [O2] disuelto en agua es proporcional a la PO2 en el aire...
[O2]DISUELTO = Solubilidad × PO2
[O2]DISUELTO = 0,0013 (mM/mmHg) × 100 mmHg
[O2]DISUELTO = 0,13 mM
[O2]DISUELTO = Solubilidad × PO2
[O2]DISUELTO = 0,0013 (mM/mmHg) × 40 mmHg
[O2]DISUELTO = 0,05 mM
...entonces, la presión de oxígeno (PO2) se utiliza como un indicador de concentración de oxígeno ([O2])
100 mmHg 40 mmHg
La difusión está determinada por la ley de Fick
VGAS = A × D × (P1 – P2)
a
VGAS = A × s× ΔP
a × √PM
s = solubilidad
PM = peso molecular
El sistema respiratorio está estructuralmente preparado para facilitar la difusión alvéolo-capilar
VGAS = A× s× ΔP
a× √PM
CONTENIDOS
1. Leyes de la difusión
2. Difusión alvéolo-capilar de oxígeno y dióxido de carbono
3. Destino del oxígeno
4. Consumo de oxígeno
5. Zona de preguntas
El O2 y el CO2 difunden desde la zona de mayor a menor presión en los pulmones y tejidos
El transporte de oxígeno está limitado por la perfusión, no por la difusión
Capacidad de difusión normal (la
sangre se equilibra con el aire tras
tras avanzar sólo 1/3 del capilar)
Capacidad de difusión aumenta
al doble
Capacidad de difusión disminuye a
la mitad
La capacidad de difusión es tan alta que si llegara sangre más rápido,
más sangre podría oxigenarse
Durante el ejercicio la sangre pasa más rápido a través de los capilares, pero aún se alcanzan a equilibrar las presiones
Difusión normal y gasto cardíaco de reposo
Difusión normal, pero el gasto
cardíaco se triplica por el ejercicio
Enfermedad pulmonar que
disminuye la capacidad de
difusión
El O2 y el CO2 difunden desde la zona de mayor a menor presión en los pulmones y tejidos
El transporte de dióxido de carbono está limitado por la perfusión, no por la difusión
Capacidad de difusión normal (la sangre se equilibra
con el aire tras tras menos del 50% del capilar)
Capacidad de difusión
disminuye a la mitad y el gasto
cardíaco aumenta al doble
Capacidad de difusión disminuye a la mitad o el
gasto cardíaco aumenta al doble
La capacidad de difusión es tan alta que si llegara sangre más rápido,
más dióxido de carbono podría eliminarse
¿Cuánto oxígeno está siendo consumido en cada momento?
Principio de Fick
Q × [O2]v Q × [O2]a
SANGRE VENOSA SANGRE ARTERIAL
ALVÉOLOS PULMONARES
Extracción = Flujo × ([círculos]B – [círculos]A)
VO2 = Gasto cardíaco × ([O2]arterial – [O2]venas)
VO2 = 5000 mL/min × (20 mL/100 mL – 15 mL/100 mL)
VO2 = 250 mL/min
¿Qué pasa durante el ejercicio?
Transporte de gases en la sangre.
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CONTENIDOS
1. Transporte de oxígeno
2. Curva de disociación del oxígeno
3. Transporte de dióxido de carbono
4. Zona de preguntas
Aprendizaje esperado:Conocer los mecanismos a través de los cualesse transportan el O2 y el CO2 en la sangre, ycomprender cómo dichos mecanismos facilitanel intercambio gasesos
El oxígeno se transporta por la sangre disuelto en el plasma y unido a la hemoglobina de los eritrocitos
PO2 = 100 mmHgDISUELTO
UNIDO A
HEMOGLOBINA
En los capilares pulmonares la sangre equilibra su PO2 con el aire alveolar
100 mmHg
100 mmHg
La cantidad de O2 disuelto en el plasma depende de la ley de Henry
[O2]DISUELTO = Solubilidad × PO2
[O2]DISUELTO = 0,003 (mL O2/100 mL sangre × mmHg) × 100 mmHg
[O2]DISUELTO = 0,3 mL O2/100 mL sangre
¿Será suficiente ese O2 para satisfacer las necesidades del organismo?
VO2 reposo = 250 mL O2/min
250 mL O2/min = Q × Concentración de O2
250 mL O2/min = 5000 mL sangre/min × 0,3 mL O2/100 mL sangre
¡SE REQUERIRÍA UN GASTO CARDÍACO DE 83,3 L sangre/min
SI SÓLO SE TRANSPORTARA EL O2 DISUELTO!
250 mL O2/min ≠ 15 mL O2/min
Los glóbulos rojos tiene la capacidad de transportar O2
asociado al grupo hemo de la hemoglobina (Hb)
Hierro
Une oxígeno
La cantidad de O2 transportado en la Hb depende de la concentración de Hb, su capacidad de transporte y su saturación
Cantidad de O2 unido a la hemoglobina
Concentración Hb × Cantidad de O2 por Hb × Saturación
15 (g Hb/100 mL sangre) × 1,34 (mL O2/g Hb) × 98%
19,7 (mL O2/100 mL sangre)
¿Será suficiente ahora la cantidad de O2 para satisfacer
las necesidades del organismo?
VO2 reposo = 250 mL O2/min
250 mL O2/min = Q × Concentración de O2
250 mL O2/min = 5000 mL sangre/min × 20 mL O2/100 mL sangre
250 < 1000 mL O2/min
CON ESA CANTIDAD DE OXÍGENO ES MÁS QUE SUFICIENTE PARA SATISFACER LAS NECESIDADES,
TANTO ASÍ QUE LOS TEJIDOS NO NECESITAN EXTRAER TODO EL O2 QUE LES LLEGA
En reposo, los tejidos extraen sólo una cuarta parte del oxígeno transportado en la sangre
Principio de Fick
VO2 = Gasto cardíaco × ([O2]arterial – [O2]venas)
VO2 = 5000 mL/min × (20 mL O2/100 mL sangre – 15 mL O2/100 mL sangre)
VO2 = 250 mL O2/min
La mayor parte del O2 se transporta unido a la Hb
Disuelto= 0,3 mL O2/dL sangre
Hemoglobina = 19,7 mL O2/dL sangre
TOTAL = 20 mL O2/dL sangre
CONTENIDOS
1. Transporte de oxígeno
2. Curva de disociación del oxígeno
3. Transporte de dióxido de carbono
4. Zona de preguntas
La forma de la curva de disociación del O2 es ventajosa para facilitar la captación y entrega del gas
Si la PO2 alveolar disminuyera
levemente, eso no afectaría
mucho la saturación de la Hb
Pequeños cambios en la PO2
generan grandes cambios en la
saturación de la Hb
La disminución del pH desplaza la curva de disociación hacia la derecha (efecto Bohr)
La actividad metabólica disminuye
el pH, lo cual facilita la entrega de
O2 hacia los tejidos
El aumento de la PCO2 desplaza la curva de disociación hacia la derecha
La actividad metabólica aumenta
la PCO2, lo cual facilita la entrega
de O2 hacia los tejidos
El aumento de la temperatura desplaza la curva de disociación hacia la derecha
La actividad metabólica aumenta
la temperatura, lo cual facilita la
entrega de O2 hacia los tejidos
El aumento en los niveles de 2,3-difosfoglicerato desplaza la curva de disociación a la derecha
La hipoxia aumenta el 2,3-DPG, lo cual
facilita la entrega de O2 hacia los tejidos
Resumen del transporte de oxígeno
Menor pH, mayor
temperatura y mayor PCO2
disminuyen la afinidad de la
Hb por el O2
CONTENIDOS
1. Transporte de oxígeno
2. Curva de disociación del oxígeno
3. Transporte de dióxido de carbono
4. Zona de preguntas
El CO2 puede transportarse disuelto en el plasma, unido a la Hb y en forma de bicarbonato (HCO3
-)
La mayor parte del CO2 se transporta en forma de HCO3-
La Hb desoxigenada tiene más
afinidad por el CO2 y por el H+,
lo que facilita el transporte de
CO2 hacia los pulmones
Control de la respiración.
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El organismo debe ser capaz de mantener constantes las presiones de O2 y CO2
Modificando la ventilación alveolar el organismo puede regular las presiones sanguíneas de los gases
El organismo utiliza mecanismos de feedbacknegativo para regular la ventilación
PCO2 y PO2
Quimiorreceptores
Bulbo
raquídeo
Músculos respiratorios
Modelo de control de la ventilación.
Las neuronas respiratorias del bulbo raquídeo
controlan la inspiración y espiración.
Las neuronas de la protuberancia modulan la
ventilación.
El patrón rítmico de la respiración surge de una
red de neuronas de descarga espontanea.
La ventilación esta regulada por varios reflejos
ligados a quimiorreceptores y por centros
cerebrales superiores.
Control de la ventilación.
Quimiorreceptores periféricos (aórticos y carotideos)
Sensibles a PCo2, H+, PO2 (- 60 mmHG)
Quimiorreceptores centrales Sensibles a PCo2 (indirecta), H+, HCO3-
Los mas importantes para el control de la ventilación son los quimiorreceptores centrales.
Los quimiorreceptores periféricos son sensibles principalmente a los cambios en la PO2
Perturbaciones en el estado ácido-
base modifican la sensibilidad de lo
quimiorreceptores al oxígeno
Los quimiorreceptores periféricos también pueden sensarcambios en el pH y la PCO2 independiente de la PO2
Los quimiorreceptores centrales son los principales sensores, enviando información constante a los centros ventilatorios
El aumento en la PCO2 sanguínea lleva a su activación
La disminución del pH en el LCR aumenta la ventilación alveolar
1. Los deportistas que hacen inmersiones a pulmón librehiperventilan justo antes de sumergirse ¿por qué esto lesayudaría a contener la respiración por más tiempo?
Reducen la PCO2, que es
el principal estímulo
para la ventilación
