Tema 5.1 Sistema respiratorio - Mecanica (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Fisiologia animal
Año del apunte 2015
Páginas 6
Fecha de subida 18/03/2015
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TEMA 5 – SISTEMA RESPIRATORIO 1. MECÁNICA CONCEPTO DE RESPIRACIÓN La respiración es la secuencia completa de pasos por los que los animales realizan el intercambio gaseoso (O2 y CO2).
- La respiración se originó por la necesidad de oxígeno para obtener energía como soporte de las funciones celulares.
La respiración mitocondrial es la secuencia de procesos oxidativos mitocondriales para la obtención de ATP.
En las especies menos evolucionadas la respiración consiste en una simple difusión de gases. En cambio, en las especies más evolucionadas (mamíferos y aves) se produce difusión de gases por una superficie respiratoria especializada (pulmones) y el transporte de gases se da por todo el organismo mediante la circulación. Según la fuente de oxigeno o el medio a partir del cual se realiza el intercambio gaseoso encontramos especies o respiración aéreas (pulmones) o acuáticas (branquias).
SUPERFICIES RESPIRATORIAS ESPECIALIZADAS Las superficies respiratorias especializadas son: - Branquias → respiración acuática. El intercambio gaseoso se da en el agua.
Pulmones → respiración aérea. El intercambio gaseoso se da en el aire.
PIGMENTOS RESPIRATORIOS El transporte gaseoso a los tejidos es dependiente del sistema circulatorio. Encontramos metaloproteínas especializadas debido a la baja solubilidad del oxígeno en el plasma. Estas proteínas son transportadoras de O2 y fuentes de iones metálicos para la unión reversible al O 2. Las metaloproteínas son consideradas pigmentos respiratorios debido a que tienen coloración asociada a los iones matálicos.
- Hemoglobina: Fe → rojo.
Hemocianina: Cu → azul-verdoso.
Hemeritrina: Fe → rojo.
La hemoglobina es el pigmento respiratorio más habitual. Tiene 4 átomos de Fe, 1 en cada una de sus subunidades de globina. Este metal sirve para fijar O2. Encontramos dos tipos principales de hemoglobina: Hb adulta y Hb fetal. La afinidad de la hemoglobina por el O2 y el CO2 es modulable. Encontramos proteínas relacionadas con la Hb: mioglobina y neuroglobina.
FUNCIONES GENERALES DEL SISTEMA RESPIRATORIO La respiración es el proceso fisiológico por el cual el aire entra en los pulmones, donde tiene lugar un proceso de intercambio gaseoso. Las funciones del sistema respiratorio son: 1. Intercambio gaseoso → proporcionar O2 a los tejidos y retirar el CO2.
2. Función defensiva → el sistema respiratorio tiene macrófagos alveolares, cilios y secreción de moco para protegernos de patógenos.
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Mantenimiento del equilibrio ácido-base: Fonación.
Funciones metabólicas → producción de sustancias de interés metabólico.
Reservorio de sangre → la sangre se acumula en los pulmones.
Pero su objetivo principal es proporcionar O2 a los tejidos y retirar el CO2. Esto se hace del siguiente modo: 1. Ventilación alveolar y mecánica respiratoria → el aire llega al alveolo.
2. Intercambio gaseoso alveolar.
3. Transporte de gases por todo el organismo.
4. Intercambio de gases a nivel tisular.
5. Respiración celular en las mitocondrias.
ESTRUCTURA FUNCIONAL RESPIRATORIAS DE LAS VÍAS Las vías respiratorias son unos conductos para el transporte del aire entre el exterior y los pulmones: - - Vías respiratorias altas → boca, fosas nasales (pelos, moco y cornetes nasales) y faringe; hasta llegar a la nuez. Se encarga del acondicionamiento del aire (atemperarlo, filtrarlo y añadirle vapor de agua) y la defensa (limpia el aire para que los componentes nocivos no lleguen a los alveolos).
Vías respiratorias bajas → conductos en proceso de ramificación continuo. Llega a hacer hasta 8·106 ramificaciones. Encontramos dos tipos de vías respiratorias bajas: o Vías conductoras: espacio muerto. No tienen ninguna otra función que la de conducir el aire. Son la laringe, tráquea (división dicotómica), bronquios principales y bronquiolos terminales.
o Vías respiratorias: zona que la que ya hay intercambio de gases. Este proceso se da en los bronquiolos respiratorios, conductos alveolares y sobre todo en los alveolos.
CICLO RESPIRATORIO: MECÁNICA RESPIRATORIA La respiración es un ciclo mecánico de dos fases: - Inspiración → proceso activo. La contracción de los músculos del diafragma, músculos costales y abdominales implica gasto energético. La presión de la cavidad torácica baja y por tanto entra aire.
- Espiración → proceso pasivo. Los músculos respiratorios se relajan, aumenta la presión y el aire sale.
COMPLIANZA PULMONAR La complianza o distensibilidad es el cambio de volumen de un órgano por unidad de cambio de presión. Es un parámetro físico característico de estructuras elásticas. Los pulmones son órganos elásticos, con propiedades distensibles.
La distensibilidad pulmonar depende de: - Elasticidad del tejido pulmonar → característica histológica de los pulmones Tensión superficial de los alveolos → Los alveolos tienen tendencia a colapsarse.
En los alveolos se realiza el intercambio gaseoso. Son como unos racimos con espacio hueco que están rodeados de vasos sanguíneos. El interior está cubierto de una capa de agua, como una burbuja, con tendencia a colapsarse por una elevada tensión superficial. Para mantener los alveolos abiertos, se reduce fisiológicamente la tensión superficial: al agua se añade una sustancia tensoactiva, el surfactante.
El surfactante es una sustancia tensoactiva que reduce la tensión superficial alveolar y que es producido por los pneumocitos tipo II. Está compuesto por fosfolípidos (dipalmitol lecitina) y proteínas. Aumenta la complianza pulmonar, previene el colapso de los alveolos y aumenta la presión hidrostática evitando el edema alveolar.
La incubadora donde se mete a los neonatos sirve para desarrollar el surfactante. Cuando está desarrollado, el bebé prematuro puede salir de la incubadora ya que ya podrá respirar correctamente.
VOLÚMENES PULMONARES En el espacio respiratorio encontramos diferentes volúmenes respiratorios.
1. Volumen de ventilación pulmonar (volumen corriente, volumen tidal, VT) → Volumen de aire que entra en los pulmones en cada inspiración (o sale en cada espiración).
2. Volumen inspiratorio de reserva (VIR, volumen de reserva inspiratoria) → inspirado con un esfuerzo inspiratorio máximo y que excede el VT.
3. Volumen espiratorio de reserva (VER, volumen de reserva espiratoria) → Volumen espirado con un esfuerzo espiratorio máximo después de una espiración pasiva.
4. Volumen residual (VR) → Aire que queda en los pulmones después de un esfuerzo espiratorio máximo.
También encontramos diferentes capacidades pulmonares: 1. Capacidad inspiratoria → Cantidad máxima de aire que se puede inspirar. VT + VIR.
2. Capacidad vital → Volumen máximo de aire que puede ser espirado después de una inspiración forzada máxima. VT + VIR + VER.
3. Capacidad residual funcional → Volumen de aire que permanece en los pulmones después de una espiración normal. VER + VR.
4. Capacidad total pulmonar → Volumen de aire en los pulmones tras una inspiración forzada máxima. VIR + VT+VER + VR.
ESPACIOS PULMONARES Desde un punto de vista funcional, el sistema respiratorio se puede dividir en dos espacios: - Espacio funcional → zonas donde hay intercambio gaseoso. Son los alveolos respiratorios.
Espacio muerto → espacio ocupado por el volumen de gas en el cual no hay intercambio gaseoso, es decir, por el gas que no se equilibra con la sangre. es el sistema de conductos: tráquea, bronquios, bronquiolos...
VENTILACIÓN PULMONAR (VOLUMEN MINUTO) El volumen minuto es el volumen de aire que llega a los alveolos y participa en el intercambio gaseoso por minuto. La ventilación alveolar es el parámetro de eficacia de la mecánica respiratoria.
- Ventilación alveolar = Volumen alveolar · Frecuencia respiratoria Volumen alveolar = VT – VD. VD = especio muerto no modificable a menos de un traumatismo o tumor.
- Ventilación alveolar = (VT – VD) · Frecuencia respiratoria Por ejemplo: ventilación alveolar = (450ml – 150ml) · 12rpm = 3,6l/min → Ventilación pulmonar = 5,4l/min. Sólo un 70% del aire inspirado participa en los procesos de intercambio gaseoso, es decir, el aire que hay en los alveolos.
PROPIEDADES DE LOS GASES: INTERCAMBIO GASEOSO O2 20.98% 160mmHg El intercambio gaseoso depende de la presión parcial de cada gas. La presión parcial CO2 0.04% 0.3mmHg de agua es el porcentaje de saturación en vapor de agua. A mayor saturación de agua N2 78.06% 597mmHg menor presión parcial de otros gases.
Otros 0.92% Los gases difunden a favor de gradiente de difusión hasta llegar a un equilibrio de presión. En condiciones normales solo intervienen oxígeno y CO2. La velocidad de difusión viene determinada por la barrera de difusión y el gradiente de concentraciones de los gases.
La cantidad de O2 suministrado a los tejidos depende de: - - Cantidad de O2 que llega a los pulmones Intercambio gaseosos a nivel alveolar Capacidad de la sangre para transportar O2, que a su vez depende del O2 disuelto, [Hb] en sangre y de la afinidad de la Hb por el O2.
Situación de la irrigación tisular Hay diferentes gradientes o presiones parciales de O2 y CO2 en tejidos y pulmones. Los 4 puntos anteriores favorecen ese gradiente para favorecer a su vez el intercambio gaseoso.
INTERCAMBIO ALVEOLAR DE GASES El intercambio alveolar de gases depende de la capacidad de difusión pulmonar, es decir, de la cantidad de un gas que atraviesa la membrana alveolar por minuto y por mmHg de diferencia de presión a ambos lados de la misma.
Los factores determinantes de este intercambio son: - Gradiente de presión entre aire alveolar y capilar sanguíneo Facilidad del gas para difundir (propiedas físico-químicas) Área de intercambio Espesor de la membrana alveolar Sistema de transporte del gas en plasma Los gases siguen este curso: aire inspirado → alveolos → arterias → capilares → venas → alveolo → aire espirado.
- - En el alveolo hay un equilibrio del O2 → equilibrio entre aire inspirado y venas.
En las arterias hay menos O2 porque el pulmón también consume oxígeno.
En los capilares se cede mucho oxígeno pero ganan CO2. En las venas no hay intercambio, pero aún tienen mucho oxígeno.
El aire espirado cambia su composición con el alveolar. Esto es porque ambos aires se mezclan.
Por tanto podemos ver que la sangre venosa sigue siendo rica en oxígeno. Por tanto, un aire espirado es un aire respirable, pero no indefinidamente, ya que es aun rico en oxígeno pero en menor concentración.
TRANSPORTE DE GASES En sangre el O2 se transporta de dos maneras posibles: - De forma libre → disuelto en el medio acuoso Ligado a Hemoglobina. La Hb es un tetrámero que une hasta 4 moléculas de O2 de manera cooperativa.
Hay varios factores que modifican la afinidad de la hemoglobina por el O2: - - - pH → efecto Bohr. Aumenta la cesión de O2 con la acidificación tisular. Cuando hacemos ejercicio, el pH en el musculo baja, ya que se acidifica.
Temperatura → aumenta la cesión de O2 al aumentar la temperatura. La temperatura aumenta por la contracción muscular, ya que el 50% de la energía se desprende en forma de calor.
2,3-difosfoglicerato → 2,3-DPG Si comparamos la Hb fetal y la Hb adulta obtenemos que: - - Afinidad por O2 → Hb F > Hb A. La fetal tiene más afinidad porque así cuando el oxígeno pasa por la placenta, el oxígeno se lo queda el feto.
Afinidad por 2,3-DPG → Hb F < Hb A.
La mioglobina es una proteína muscular fijadora de O2. La mioglobina tiene mayor afinidad por el O2 que la Hb.
El CO2 también puede transportarse de varias maneras: - Forma libre en solución (minoría).
Hidratado (mayoría) → formando ácido carbónico, que se ioniza espontáneamente a pH fisiológico. Es una manera muy efectiva para transportar CO2. Esto es debido al efecto anhidrasa carbónica-dependiente en el eritrocito). Esto está asociado a sistemas amortiguadores (tamponadores) sanguíneos.
- Formando carbaminas o compuestos carbamínicos cuando reacciona con grupos aminoterminales de proteínas. Reacciona mucho con residuos de hemoglobina formando carbamino-hemoglobina y con proteínas plasmáticas.
INTERCAMBIO ERITROCITARIO EN ALVEOLO Y TEJIDOS Los gases se mueven por gradiente, de más a menos concentración de gases. El hematíe se transforma en rico en CO2 y pobre en oxígeno a pobre en CO2 y rico en O2.
SÍNTESIS - - Ciclo respiratorio – Inspiración / Espiración Objetivo básico: Proporcionar una adecuada ventilación alveolar El pulmón es un tejido elástico con curvas de elasticidad diferentes en inspiración y espiración (histéresis).
El surfactante reduce la tensión alveolar y mantiene la capacidad de distensión del pulmón La magnitud de la entrada y salida de aire de los pulmones volúmenes y capacidades pulmonares.
El espacio funcional respiratorio es la zona de intercambio de gases El espacio muerto respiratorio es el espacio ocupado por gas pero sin intercambio gaseoso.
La ventilación pulmonar (volumen minuto) viene dada por el volumen de aire que entra o sale de los pulmones por minuto.
La ventilación alveolar (volumen alveolar minuto) viene dada por el volumen de aire que llega a los alvéolos y participa en el intercambio gaseoso por minuto.
La ventilación alveolar es el parámetro de eficacia de la mecánica respiratoria.
El intercambio gaseoso se realiza por mecanismos de difusión pasiva a favor de gradiente de presión.
En el alvéolo, la sangre venosa se equilibra con el aire inspirado por captación de O2 y cesión de CO2, transformándose en sangre arterial.
El O2 se transporta en sangre, fundamentalmente, asociado a hemoglobina. El CO2 se transporta en forma hidratada (acción de la anhidrasa carbónica) y combinado a proteínas (compuestos carbamínicos).
En los tejidos, la sangre arterial capta CO2 de origen metabólico y cede O2, transformándose en sangre venosa.
A nivel eritrocitario los intercambios tisulares implican la captación de Cl - por un mecanismo de desplazamiento de cloruros asociado a la acumulación intracelular de protones. Este estado se resuelve a nivel alveolar por un proceso inverso.
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