Sistema respiratori - Mecànica (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Fisiologia Animal
Año del apunte 2014
Páginas 14
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 5
Subido por

Vista previa del texto

SISTEMA RESPIRATORI (I)-Mecànicà RESPIRACIÓ Seqüència completa de passos pels quals els animals realitzen l’intercanvi gasós.
Estan implicats principalment dos gasos: O2 i CO2.
Apareix com a conseqüència de la necessitat d’O2 per obtenir energia com a suport de les funcions cel·lulars (font de l’O2 per les reaccions d’oxidació), a part de ser un procés d’eliminació de CO2.
Dins les cèl·lules, aquest procés es realitza al mitocondri per l’obtenció d’ATP (Biocel).
En espècies poc evolucionades es tracta d’una difusió de gasos simple. En espècies més complexes (mamífers, aus) es tracta d’una difusió de gasos per una superfície respiratòria especialitzada. Es desenvolupen pulmons i brànquies (òrgans més especialitzats). Això no és suficient per l’intercanvi sinó que a més és necessari un sistema de transport dels gasos – sistema circulatori. Segons el medi a partir del qual es realitza l’intercanvi gasós, tenim respiració aèria i respiració aquàtica.
Brànquies – intercanvi gasós en l’aigua Pulmons – intercanvi gasós en l’aire Ens interessen els pulmons.
El transport gasós als teixits depèn de: - El sistema circulatori - Presència de metal·loproteïnes especialitzades o Degut a la baixa solubilitat en el plasma de l’O2 o Transportadors d’O2 o Font de ions metàl·lics per la unió reversible a l’O2– això els confereix la propietat de tenir color.
- Pigments respiratoris o Coloració associada als ions metàl·lics. En funció d’això trobem diferents tipus de proteïnes:  Hemoglobina – la que ens interessa  Hemocianina  Hemeritrina HEMOGLOBINA - Pigment respiratori més habitual Metall fixador d’O2: ferro Tenim l’Hb adulta i l’Hb fetal Té afinitat per l’O2 i el CO2 Proteïnes relacionades: mioglobina i neuroglobina RESPIRACIÓ – Funcions La respiració és el procés fisiològic pel qual l’aire entra als pulmons, on té lloc un procés d’intercanvi gasós.
1. Intercanvi gasós – proporciona O2 als teixits i retira CO2 2. Funció defensiva – todo mi aparato respiratorio està exposat al medi extern; necessitat de macròfags alveolars, cilis i secreció de moc.
3. Manteniment de l’equilibri àcid-base a través de la reacció que S’HA DE SABER 4. Fonació 5. Funcions metabòliques 6. Reservori de sang Ens quedem amb la funció 1.
La respiració és una seqüència de coses i d’esdeveniments. L’objectiu principal, però, és proporcionar O2 als teixits i retirar CO2.
Foto: alvèol pulmonar. Passos? 1 – L’aire entra i surt dels vasos = ventilació alveolar i mecànica respiratòria. 2 – Intercanvi gasós alveolar. 3 – Transport dels gasos. Quan la sang arriba als teixits, hi ha un 4 – intercanvi a nivell tissular. De nou, és necessari que les cèl·lules el captin – 5 – últim pas, la respiració cel·lular.
Nosaltres ens quedarem al 4t – la resta és biocel.
ESTRUCTURA FUNCIONAL Les vies respiratòries les dividim en altes i baixes: - Vies respiratòries altes – boca, fosses nasals (pèls, moc, cornetes nasals) i faringe. Desde mi nariz hasta mi nuez.
Tenen funcions d’acondicionament de l’aire (atemperament, filtren l’aire, el fan més respirable) i funcions de defensa (pèls, moc, cilis).
- Vies respiratòries baixes – desde mi faringe hasta mis alveolos. Tenim moltes ramificacions.
Les dividim en dues parts: o Vies conductores (espai mort) – no tenen cap altra funció a part de conduir l’aire i retenir partícules. Parlem de laringe, tràquea (divisió dicotòmica), i des de bronquis principals fins a bronquíols terminals.
o Vies respiratòries – hi ha intercanvi de gasos, són les vies pròpiament dites.
Parlem de bronquíols respiratoris, conductes alveolars i alvèols.
CICLE RESPIRATORI La respiració es un cicle mecànic de inspiració i espiració.
Espirar (TREURE L’AIRE) ≠ Expirar (MORS) INSPIRACIÓ Procés actiu (amb contracció muscular: diafragma, intercostals, abdominals) ESPIRACIÓ Procés passiu. Músculs espiratoris retarden el procés (intercostals).
COMPLIÀNCIA O DISTENSIBILITAT MUSCULAR La compliància és el canvi de volum d’un òrgan per unitat de canvi de pressió. És un paràmetre físic característic d’estructures elàstiques.
El pulmó és un teixit elàstic distensible; aquesta distensibilitat depèn de les característiques histològiques de cada pulmó i també de l’estat dels alvèols, en concret del fenomen de la tensió superficial dels alvèols.
ESTRUCTURA FUNCIONAL DE L’ALVÈOL – Tensió superficial alveolar Foto: grup d’alvèols (on es dóna l’intercanvi gasós). Racimos de uva = alvèol.
Els alvèols estan formats per una capa de cèl·lules i estan recobertes internament per una làmina d’aigua que tendeix a col·lapsar-se; igual que una bombolla de sabó, la tensió superficial que té és molt alta (la força que fa el fluid cap al centre per col·lapsar-se – una pompita dura segons degut a la tensió superficial, ràpidament es col·lapsa). Aquí passa el mateix – està constantment canviant la pressió per l’entrada i la sortida d’aire. L’estructura alveolar per tant tendeix a col·lapsar-se, tendeixen a comprimir-se – esto no és bien. Com es mantenen oberts llavors? Es redueix la tensió superficial. Com? Bàsicament a la capa de d’aigua que recobreix els espais s’hi afegeix una substància tensoactiva – el surfactant, el qual dóna estabilitat i redueix la tensió – permet que hi hagi fluxos d’aire i canvis de pressió sense que l’alvèol es col·lapsi.
Concretament el que fa és augmentar la compliança pulmonar i augmenta la pressió hidrostàtica evitant l’edema pulmonar. És una substància composta per fosfolípids (dipalmitoil lectina) i proteïnes.
La paret de l’alvèol té 2 tipus de cèl·lules: pneumòcits tipus I i tipus II. Els tipus II són els que produeixen el surfactant.
És de l’últim que es forma en el fetus – si no es forma bé, es col·lapsarien. Als nens prematurs, a la incubadora se’ls donen pressions altes d’O2 perquè es pugui formar bé.
VOLUMS PULMONARS Segons com es realitzi el moviment d’aire (mecanisme respiratori) podem definir una sèrie de capacitats. Podem determinar: 1. Volum de ventilació pulmonar – volum corrent, volum tidal (VT). És el volum d’aire que entra als pulmons en cada inspiració o surt en cada espiració.
2. Volum inspiratori de reserva – volum de reserva espiratòria (VIR). És el volum inspirat amb un esforç inspiratori màxim i que excedeix el VT.
3. Volum espiratori de reserva – volum de reserva espiratòria (VER). És el volum espirat amb un esforç espiratori màxim després d’una espiració passiva.
4. Volum residual – VR, aire que queda en els pulmons després d’un esforç espiratori màxim.
Sempre hi ha una quantitat d’aire que s’associa a l’estructura anatòmica del sistema respiratori del Vicente i de la tràquea del Vicente. Aquest és el volum residual. Però parlem de volum, evidentment l’aire no és sempre el mateix, el renovem.
CAPACITATS PULMONARS El moviment d’aquests volums el que fa és ocupar diferents espais dins el tracte respiratori i són les que anomenem capacitats pulmonars: 1. Capacitat inspiratoria – quantitat màxima d’aire que es pot inspirar.
2. Capacitat vital – volum màxim d’aire que pot ser espirat després d’una inspiració forçada màxima.
3. Capacitat residual funcional – si estem respirant normal, al final de l’espiració queda aquest espai que no podem eliminar.
4. Capacitat total pulmonar – volum d’aire en els pulmons després d’una inspiració forçada màxima.
RELACIÓ VOLUMS I CAPACITATS PULMONARS Des d’un punt de vista fisiològic i funcional, reduïm tota aquesta merda espiromètrica a dos espais pulmonars: - Espai funcional – zones que considerem funcionals del pulmó (on hi ha intercanvi gasós). Per tant, els alvèols.
- Espai afuncional – espai mort. Espai ocupat per gas però en el qual s’hi donen fenòmens que no són intercanvi gasós. Per tant, tot menys els alvèols (sistema de conductes).
El que ens interessa és la quantitat d’aire que es mou – necessitem mesures funcionals per mesurar la mecànica.
MESURES FUNCIONALS DE LA MECÀNICA RESPIRATÒRIA - Ventilació pulmonar o volum minut. És el volum d’aire que entra o surt dels pulmons per minut.
Com es calcula? Exemple: individu que respira 450 ml en cada moviment respiratori. Per calcular la seva capacitat pulmonar agafem els seus alvèols i els simplifiquem en un únic alvèol. Sabem que fa 12 respiracions per minut, sabem el volum tidal, apliquem i ens surt un numero de 5,4 litres d’aire per minut.
Aquest és un paràmetre estàtic? NO. És el resultat d’un producte en el qual la freqüència respiratòria és modificable, com també el volum tidal. Per tant el volum minut és un paràmetre modulable. Quan controlem la respiració, el que controlem és la mecànica, la ventilació, i ho fem canviant el VT i la freqüència.
- Ventilació alveolar o volum alveolar minut. Però per calcular l’aire que intercanviem? Fins ara calculem l’aire que ocupava l’espai funcional. Però per calcular també l’afuncional fem servir la ventilació alveolar minut: mesura el volum d’aire que arriba als alvèols i participa en l’intercanvi gasós per minut.
Correspon al VT menys el volum de l’espai mort per la freqüència.
Exemple: el mateix subjecte (respira 450ml de VT i 12/min, i el volum de l’espai mort és de 150ml). La ventilació era de 5,4 ml/min. Aquest pulmó mou 5,4 litres però des d’un punt de vista funcional només el 70% de l’aire que respira participa en processos d’intercanvi gasós. L’altre correspon a l’espai mort i per tant no es modifica.
La ventilació alveolar és el paràmetre d’eficàcia de la mecànica respiratòria.
També és un paràmetre modulable – el volum tidal el podem modificar, la freqüència també. El VD no a menys que et fotis un cop de puny a la tràquea o et surti un testicle a la tràquea. Però la resta sí que els podem modificar.
CARACTERÍSTIQUES DE L’AIRE – Propietats dels gasos (BIOFÍSICA) Els gasos s’intercanvien per mecanismes de difusió – van de major pressió de gas a menor pressió. La velocitat d’aquesta difusió depèn de la barrera de difusió i del gradient de concentracions.
La composició del gas estàndard que respirem és: La importància fisiològica recau només en el CO2 i el O2. Hem te tenir en compte que en el gas també pot haver vapor d’aigua – component més que desplaça i modifica la composició (quant més vapor, menys espai per altres gasos – un aire molt humit té pocs gasos).
La pressió parcial d’aigua és el que definim com percentatge de saturació en vapor d’aigua. Del 100% de gasos, un X % correspon a l’aigua. A l’estiu a 40ºC costa respirar.
Com es produeix l’intercanvi de gasos? El que ens interessa és la quantitat de gas que arriba a un teixit (a les cèl·lules, on hi ha d’haver l’oxidació). La quantitat d’O2 subministrat als teixits depèn de: - Quantitat d’O2 que arriba als pulmons - Intercanvi gasós a nivell alveolar - Capacitat de la sang per transportar oxigen, en funció de: o O2 dissolt o [Hb] en sang o Afinitat de l’[Hb] per l’oxigen - Situació de la irrigació tissular (quantitat de sang que arriba als teixits).
Quan aquests 4 components funcionen bé, hi ha una situació de gradient que afavoreix la difusió dels gasos – situacions on en l’aire pulmonar hi ha altes concentracions d’O2 i baixes de CO2 i als teixits al contrari.
Aquests 4 components mantenen i afavoreixen els gradients.
INTERCANVI ALVEOLAR DE GASOS Depenent de la capacitat de difusió pulmonar – quantitat d'un gas que travessa la membrana alveolar per minut i per mmHg de diferència de pressió a banda i banda de la mateixa.
Factors determinants: - Gradient de pressió entre l'aire alveolar i capil·lar sanguini Facilitat del gas per difondre (propietats fisicoquímiques) Àrea d'intercanvi Espessor de la membrana alveolar Sistema de transport del gas en plasma RESUM DEL PROCÉS – Tenint en compte variacions en les pressions Tenim amplificat tot el que passa a l’organisme – dels alvèols tenim sang arterial – capil·lars teixits – sang venosa – alvèol = Cicle de la sang transportant gasos.
Comencem amb l’aire inspirat. L’aire té una composició X. Als alvèols ve sang venosa amb composició X i l’aire inspirat per gradient s’equilibra amb les concentracions de les venes i obtenim l’alvèol en equilibri.
Observem que el CO2 no és fruit d’una mitjana. Diu que ja li explicarem perquè. Aquest alvèol entra en contacte amb la sang arterial que porta l’aire espirat i trobem l’equilibri. Què passa? El pulmó també es nodreix i usa oxigen. Aquí va al cor per tornar als teixits i trobem que el 97% de l’hemoglobina està saturada. Quan arriba als teixits hi ha un intercanvi – equilibri (es capta CO2 perquè els teixits consumen poca basura). Hi ha un guany de CO2. La sang surt dels capil·lars per entrar a les venes per tornar al cor i la composició està en equilibri – no hi ha hagut intercanvi. El 75% de l’hemoglobina està saturada. De les venes tornem a l’alvèol i obtenim l’aire espirat: Oh maravillas! 116mmHg O2 i 26.8 mmHg de CO2. Pur qué? Perquè s’ha equilibrat amb l’aire que no participa en l’intercanvi. L’aire que entrem també passa a formar l’espai mort el qual és ric en O2 i pobre en CO2, per tant s’enriqueix l’O2 i s’empobreix el CO2 (no és la mitja exacta però casi, els volums no són 50/50). L’aire que hem inspirat s’ha barrejat amb l’aire que havíem espirat abans que estava ocupant l’espai mort.
2 coses importants: - La sang venosa és sempre molt rica en O2 (fins el 75% de l’Hb).
- L’aire espirat té una alta concentració d’oxigen, comparada amb la de la sang.
Per tant l’aire espirat és respirable vàries vegades, tot i que cada cop disminuirà més en O2.
TRANSPORT DE GASOS – O2 En sang l'O2 es transporta: - En forma lliure – dissolt en el medi aquós - Lligat a Hb Reacció de l'Hb i l'O2 – Tetràmer que uneix fins a 4 molècules d'O2 (unió cooperativa).
Factors que modifiquen l'afinitat de l'Hb per l'O2 - pH - Efecte Bohr. Augment de la cessió d'O2 amb l'acidificació tissular. Exercici.
- Temperatura - Augment de cessió d'O2 en augmentar la T ª. Exercici – el múscul treballa i es consumeix ATP (el 50% es consumeix en la contracció i la resta es desprèn en forma de calor i augmenta la temperatura del múscul, per tant l’afinitat per l’oxigen baixa (corba cap a la dreta)). En un exercici intens comencen processos anaeròbics, es forma lactat (pH baixa – l’afinitat per l’oxigen es redueix).
- 2,3-difosfoglicerat – (2,3-DPG) Hb fetal vs Hb adulta: - Afinitat per O2: Hb Fetal > Hb Adulta - Afinitat per 2,3-DPG: Hb Fetal <Hb Adulta Mioglobina: - Proteïna muscular fixadora d'O2 - Afinitat per O2: Mioglobina> Hb L’O2 el trobem: - Forma lliure en solució - Hidratat – efecte anhidrasa carbònica-dependent en l'eritròcit. Està associat a sistemes amortidors sanguinis. El CO2 es transporta en sang lliure en solució però pot també ser transportat hidratat.
- Formant compostos carbamínics – Reacció amb grups aminoterminals de proteïnes (Hb i proteïnes plasmàtiques).
INTERCANVI ERITROCITARI EN TEIXITS INTERCANVI ERITROCITARI EN L’ALVÈOL ...