Intercambio de Gases y Perfusión

FUNCION DE DIFUSION –LEY DE GASES

INTERCAMBIO DE GASES FUNCION DE PERFUSION

OBJETIVOS

Principios de la difusión de 02 y CO2 a través de la membrana respiratoria

Transporte de 02 y CO2 en la sangre y liquido intersticial

Temario:

Difusión gaseosa y presiones parciales

Composición del aire alveolar y atmosférico

Cociente de ventilación-perfusión (VA/Q)

Transporte de O2 y CO2 en la sangre y liquido intersticial

Funciones y efectos de la hemoglobina en el transporte de 02 y CO2

IntroducciónDifusión

Energía (movimiento cinético)

Efecto de un gradiente de concentración

Guyton & Hall: Textbook of Medical Physiology. 11E.

Presiones parciales en mezcla de gases

Presión / (moléculas de gas)

Presión parcial


Aire 79% NITROGENO 21% OXIGENO

TOTAL= 760 mm Hg

600 mm Hg160 mm Hg

Simbologia: PO2, PCO2, PN2, etc

PO2 104 mmHg

Aire atmosférico

PO2 = 40 mmHg PO2 = 102 mmHg

•Los gases disueltos en el agua y tejidos corporales también ejercen una presión, de la misma manera que un gas el la fase gaseosa.•La presión parcial de un gas en una solución, esta determinada por su concentración y por el coeficiente de solubilidad,•La presión parcial de cada uno de los gases, en una mezcla de gas respiratorio alveolar, tiende hacer que las moléculas de este gas se disuelvan en la sangre de los capilares,•La difusión neta de un gas, esta determinada por la diferencia entre las dos presiones parciales.

PRESIONES DE LOS GASES DISUELTOS EN AGUA Y TEJIDOS

Presión parcial en líquidosDeterminada por: Concentración del gas y solubilidad del gas

Expresada así: LEY DE HENRY

presión parcial= (gas) Coeficiente de solubilidad


1 atmosfera = 760 mm Hg

•Es la presión que ejercen las moléculas de agua para escapar atreves de la superficie.•A temperatura corporal es de 47 mm Hg.•Cuando mayor sea la temperatura, mayor será la actividad cinética de las moléculas y por lo tanto mayor la posibilidad que las moléculas escapen de la superficie.•A 0°C es de 5mmHg y a 100 °C es de 760 mm Hg,

PRESION DE VAPOR DE AGUA

Presión de vapor de agua PH2O

Tº 37 ºC= 47 mm Hg> ºT = > PH2O


1.- solubilidad del gas

Velocidad neta de difusión

2.- Área transversal del liquido (A)3.- Distancia que debe recorrer el gas (d)4.- Peso molecular del gas (PM)5.- Temperatura del liquido

D= P x A x S d x PM

•La Capacidad residual funcional pulmonar es de 2300 ml.•Solo 350 ml es aire nuevo que entra en los alveolos.•Por lo tanto en cada respiración solo se sustituye 1/7 del total de volumen.•Una ventilación alveolar normal elimina aproximadamente la mitad del gas en 17 segundos.

VELOCIDAD CON QUE SE RENUEVA EL AIRE ALVEOLAR


•El oxigeno se absorbe constantemente de los alveolos a la sangre, y continuamente se respira aire nuevo.•La concentración de oxígeno en les alveolos depende de la velocidad de absorción de O2 y de la velocidad de entrada de oxígeno.•La absorción normal de O2 es de 250cc / min.•Cuando se absorbe 1000 cc/min como ocurre durante el ejercicio moderado la velocidad de ventilación alveolar debe aumentar cuatro veces para mantener una pO2 normal.•El aumento extremo de ventilación alveolar nunca puede elevar por encima de 149 mm Hg a FiO2 normal y 1 atmos.

CONCENTRACIÓN Y PRESIÓN PARCIAL DE 02 EL LOS ALVEOLOS

•El CO2 se forma continuamente y es eliminado continuamente por la ventilación alveolar.•La velocidad de excreción normal de CO2 es de 200cc/min siendo valor de 40 mmHg.•La presión de CO2 alveolar disminuye en proporción inversa a la ventilación alveolar.

CONCENTRACIÓN Y PRESIÓN PARCIAL DE CO2 EN LOS ALVEOLOS

Composición del aire alveolar y su relación con el aire atmosférico

Principales diferenciasEl aire alveolar solo se sustituye por aire atmosférico en cada respiración

Se absorbe continuamente O2 del aire alveolar

El CO2 difunde constantemente desde la sangre

El aire atmosférico seco se humedece antes de llegar a los alvéolos



1 2

3 2

Aire espirado


Difusión de gases a través de la membrana respiratoria

300 millones de alveolos (,2 mm)

Unidad respiratoria

Lamina de sangre

Membrana respiratoria Guyton & Hall: Textbook of Medical Physiology. 11E.

1.Capa de líquido que tapiza.2.Epitelio alveolar.3.Membrana basal epitelial4.Espacio intersticial.5.Membrana basal capilar.6.Membrana del endotelio capilar

MEMBRANA RESPIRATORIA

0,6 micras en promedio

Área Total= 70 m2

Diámetro capilar= 5 micras

Diámetro eritrocito= 6-8 micras

60-140 ml en total

Determinantes de la rapidez de difusión gaseosa en la membrana respiratoria1.- Grosor de la membrana respiratoria

2.-Area superficial de la membrana

3.- Coeficiente de difusión del gas

4.- Diferencia de presión entre los 2 lados de la membrana


•Volumen de un gas que difunde atreves de la membrana en cada minuto para una diferencia de presión parcial de 1 mmHg.• Este es de 21 ml/min/mmHg.•Por lo tanto si la diferencia de presiones es de 11 mmHg esta seria de 21x11 = 230 ml de O2 /mim.•Durante el ejercicio puede aumentar hasta 65 ml/mim/mmHg que representa el triple de la capacidad de difusión en reposo, por la apertura de capilares cerrados dilatación adicional de capilares, mejoramiento de la V/Q.

CAPACIDAD DE DIFUCIÓN DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA

Capacidad de difusión del O2

Reposo = 21 ml / min / mm Hg

Diferencia de presion normal = 11 mm Hg

11 x 21 = 230 ml de O2 / min


Capacidad de difusión del CO2

Diferencia de presión media menor de 1

Coeficiente de difusión 20 veces mayor a la del O2

Capacidad de difusión = 400- 450 ml / min / mm Hg



Cociente de ventilación-perfusiónDesequilibrio entre la ventilación alveolar y el flujo sanguíneo alveolar

VA (Ventilación Alveolar)/Q(flujo sanguíneo)

Cuando VA/Q = 0:

Cuando VA/Q = infinitoPO2 =40 mm Hg, PCO2= 45 mm Hg

PO2 =149 mm Hg, PCO2= 0 mm Hg


PO2 =104 mm Hg, PCO2= 40 mm Hg

Espacio muerto fisiológicoVía aérea ventilada pero sin ser perfundida

EC. Bohr :

VMfis PaCO2 – PECO2____ = _____________

VC PaCO2

Manual Guyton & Hall: Textbook of Medical Physiology. 10E.

Transporte de O2 del aire a los tejidos

Relación VENTILACION - PERFUSION

Efecto de la Alteración V/Q en una Unidad Pulmonar

Existe diferencias regionales entre la ventilación alveolar y la perfusión?

Qué explica la curva ventilación - perfusión?

Como valorar el grado de desigualdad de la V/Q en un pulmón enfermo?

PAO2 – PaO2

TRANSPORTE DE O2 Y CO2 EN LA SANGRE Y LÍQUIDOS

TISULARES

•La hemoglobina transporta 30 a 100 veces mas oxígeno de lo que podría transportar forma disuelta en el plasma•El oxígeno difunde desde los alveolos a la sangre.•En los tejidos del cuerpo una mayor PO2 en la sangre capilar que en los tejidos hace que el oxígeno difunda hacia las células.•Por diferencias de presión el CO2 difunde a capilares.•El O2 y el CO2 en sangre depende de la difusión como del flujo de sangre.

•La capacidad de difución del O2 aumenta casi tres veces durante el ejercicio,por aumento del area superficial de los capilares, mejoramiento del cociente V/Q.•Aumento del gasto cardiaco.•Reducción del tiempo de permanencia de la sangre en los capilares.

CAPTACIÓN DEL O2 POR LA SANGRE DURANTEEL EJERCICIO INTENSO

PO2 104 mmHg

Aire atmosférico

PO2 = 40 mmHg PO2 = 100 mmHg

Transporte de Oxígeno

Disuelto (2%)Transporte de Oxigeno insuficiente.

Ej.Ejercicio intenso: volumen minuto cardiaco : 30 L/min0.3ml O2/100 mL (3ml O2/L sangre)La cantidad que llega a los tejidos es

30 x 3 = 90 ml/min!!!!

Transporte de Oxígeno

Combinado con la Hemoglobina (98%)Hierro y porfirina unido a una proteína (globina)Hb A normal del adultoUn gr de Hb se combina con 1.39 ml de O2Saturación de O2 de la Hb es el porcentaje de sitios de unión disponibles que el O2 ha ocupado.

Transporte de O2 desde los pulmones a los tejidos

Difusión: Mayor PO2 en sangre que en los tejidos


104 - 40 = 64 mm Hg

Arteria bronquial (2%)

98% Oxigenada

Flujo de derivación + flujo oxigenado = PO2=95 mm Hg




23 mm Hg PO2 media intracelular1- 3 mm Hg necesaria para el metabolismo

Función de la Hemoglobina en el transporte de O2

97% de O2 es transportado mediante Hemoglobina de hematíes

3% en estado disuelto en el plasma

Guyton & Hall: Textbook of Medical Physiology. 11E

ALGUNOS CONCEPTOS IMPORTANTES

Capacidad de O2 de la Hb: Es la cantidad de O2 que se combina con la

Hb a presiones parciales de O2 (PO2) elevadas. 1 g de Hb transporta 1,34 ml de O2 y como en la sangre la Hb se halla en una concentración normal de 15 g/100ml, la capacidad será igual a :

1,34 × 15 = 20,1 ml de O2/100 ml.

Agosto - 2005

Es el porcentaje de grupos hem unidos a O2. % de sat.= O2 combinado con Hb x100 capacidad de O2Con una PO2 normal en sangre arterial de 95 mmHg, la saturación de la Hb es del 97%, y se combina con 19,5 ml de O2/100 ml de sangre, mientras que, en la sangre venosa mixta (PO2=40 mmHg) es del 75%.

Porcentaje de saturación de la Hb:

Agosto - 2005

Usemos la curva para seguir la ruta del O2 desde los pulmones a los tejidos…

La curva expresa la relación que existe entre la PO2 (eje horizontal) y el % 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. Esto ocurriría cuando la PO2 alveolar asciende sobre su nivel normal de 104 mmHg, como ocurre al estar en zonas de aire comprimido, por ejemplo en la profundidad del mar o cámaras presurizadas.

Agosto - 2005

A una 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. Aquí, el descenso de la PO2 disminuye la saturación de O2 sólo un 5% aproximadamente. Esto nos permite escalar una montaña, volar un aeroplano o vivir a grandes alturas (donde la PO2 alveolar y arterial son menores) sin que resulte alterada significativamente la cantidad de O2 que es transportado por la sangre.

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. Esta PO2 es la que hallamos en tejidos que poseen un alto y activo metabolismo.

Agosto - 2005

P50

P50=27 mmHg

La p50 es un indicador del estado de la curva.

Es la PO2 a la cual la Hb está saturada al 50% con O2.

Su valor en condiciones normales de reposo es de 27 mmHg.

Su aplicación práctica consiste en que mientras mayor sea su valor, menor será la afinidad de la Hb por el O2, y mientras menor sea dicho valor, mayor será la afinidad de la Hb.

Curva de disociación O2 - Hemoglobina


FACTORES QUE DESPLAZAN LA CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HB

Concentración de iones hidrógeno (H+), que determinan el Ph

PCO2TemperaturaConcentración de 2,3difosfoglicerato

Caso especial: CO

Agosto - 2005

Aumento de la liberación de O2 a los tejidos cuando ↑ PCO2 y la [H+]

: EFECTO BOHREl desplazamiento de la curva en respuesta a el aumento del CO2 y los hidrogeniones sanguíneos (ej. ejercicio) tiene el efecto de facilitar la liberación de O2 de la sangre a los tejidos. Denominamos a ésto efecto Bohr, y podemos explicarlo de la siguiente manera:Cuando la sangre pasa a través de los capilares pulmonares, el CO2 difunde desde la sangre a los alvéolos, esto reduce la PCO2 de la sangre y disminuye la concentración de iones H+ por la disminución del H2CO3.

Cantidad de O2 liberado por la Hemoglobina en los tejidos15 g de Hb x 100 ml desangre1g de Hb se une 1.34ml de O2

Total de O2 = 19.4 ml x 100 ml se sangre

5 ml de O2 hacia los tejidos por cada 100 ml de sangre


•Debe liberarse a los tejidos cantidades adicionales de O2 hasta 20 veces el valor normal.•El coeficiente de utilización de O2 normal de 25% puede elevarse hasta 75-85%, y en zonas tisulares locales se han registrado hasta 100%.•Una reducción muy pequeña de la PO2 hace que se libere grandes cantidades de O2 adicional desde la Hb.•Pudiéndose eliminar hasta 15 ml de O2 por la caída critica de la PO2 tisular de 40 a 15 mmHg.•El gasto cardiaco puede aumentar hasta 6 a 7 veces en corredores bien entrenados

Consumo de O2 en el ejercicio

Factores que desplazan la curva de disociación O2 - Hemoglobina


Efecto Bohr> PCO2

> H2CO2

> O2

tisular

5) EJERCICIO

Transporte de CO2 desde los tejidos a los capilaresDifusión 20 veces mas rápida que el O2


Difusion de CO2

hacia los alveolos = 5 mm Hg


Acelera la Rx

Disociación

Proteínas plasmáticas

RESUMEN

Gases

CO2

O2

principalmente

Presión(mmHg)alveolar = 40

Presión(mmHg) alveolar = 104

Presión(mmHg)arterial = 45Venosa = 40

Presión(mmHg)arterial = 95venosa= 40Cuenta

conCuenta con

Unidad respirato

ria

Membrana respiratoria

Conformado por

• Bronquiolos respiratorios• Conductos alveolares

• Atrio• alveolos

300 millones

de alveolos

1.Liquido y surfactante

2.Epitelio alveolar3.Membrana basal

epitelial4.Espacio intersticial5.Membrana basal

capilar6.Endotelio capilar

Conformado por

Difusión

neta

CO2 hacia alveolos = 5 mm Hg

O2 desde alveolos = 64 mm Hg

Aporte

Interactúan con:

CONSUMO DE OXIGENO

OXIGENACION TISULAR

Transporte de O2 Demanda de O2

TRANSPORTE DE OXIGENO (DO2)

Gasto Cardiaco Contenido arterial de O2X

=

GASTO CARDIACO

Frecuencia Cardiaco Volumen sistólico

=

X

CONTENIDO ARTERIAL DE OXIGENO (CaO2)

La cantidad total de oxigeno en sangre arterial

Flujo Sanguíneo

PtO2

arteria vena

PaO2HbSaO2CaO2DO2

PvO2SvO2CvO2

METABOLISMO DEL OXIGENO

VO2

DETERMINANTES DE CaO2

Los dos determinantes principales de CaO2 son:

Hemoglobina (Determinante primario)Saturación de oxigeno de hemoglobina (SaO2)

Ejemplo

Hemoglobina = 15 g/dL)SaO2 = 0.98CaO2 = 15 x 0.98 X 1.34* X 10 **CaO2 = 19.7 ml/dL

* 1.34 = mL O2 transportado por gramo de hemoglobina** 10 = factor de conversión

DO2crit

Consumo de O2 (mL/min/kg)

0 10 20 30 40 50 60 70

5

10

15

20

Disponibilidad de O2 (mL/min/kg)

VO2: consumo de oxigeno

1.VO2 normal 250 ml/ min o 130 ml/min/ m2

2.No hay parámetros clínicos

3.Se estima en relación a la DO2

Valor Normal = 120 - 180 mL/min/m2

calorimetría indirecta

Formula de Fick

VO2 = GC X (CaO2-CvO2) x 10

Consumo de Oxígeno

Medición del VO2

Factores que afectan el VO2

Tasa metabolica Actividad físicaEscalofrió, hipertermiaActividad simpática elevada Adrenalina Régimen alimentario alto en chtos Distres respiratorio

Relación DO2 – VO2

BALANCE DE OXIGENO

Transporte de O2 Demanda de O2

DO2CRIT

Disponibilidad crítica de Oxígeno

METABOLISMO DEL OXIGENO

Es el valor de Disponibilidad por debajo del cual, el VO2 comienza a disminuir y se desarrolla metabolismo anaeróbico

Extracción de O2DO2 1000 ml/minVO2 250 ml/minExtracción 25%TEO2 crítico 60 – 70%

Tasa de extracción es la cantidad O2 consumido en relación a la fracción de O2

entregadoTASA DE EXTRACCIÓN = VO2 / DO2

DEMANDA DE OXIGENO

Determinada por la actividad metabólica tisular

BIBLIOGRAFIA

Guyton & Hall: Textbook of Medical Physiology. 11E. 2011 Elsevier.

Manual Guyton & Hall: Textbook of Medical Physiology. 10E. 2006. Mc Graw Hill.

•OBJETIVOS

1.Explicar el equilíbrio ácido-base.2.Explicar como el sistema respiratorio participa en mantener el equilibrio acido basico del cuerpo

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