Intercambio Gaseoso

Ley de Henry

s = ks · p

Donde:

• p es la presión parcial del gas.
• s es la concentración del gas (solubilidad).
• ks es la constante de Henry, que depende de la naturaleza del gas, la temperatura y el líquido.

Ventilación

• Volumen corriente (vc): Cantidad de aire que se moviliza en un ciclo respiratorio inspiración-espiración. De media, tiene un valor de 500 ml /ciclo.
• Frecuencia respiratoria (fr): Número de veces que se moviliza el aire en un minuto. Generalmente es de 15 respiraciones / min.
• Ventilación total (ve) = vc x fr = 500 ml/ ciclo x 15 resp./ min.= 7500 ml/min.= 7,5 l/min
• Volumen del espacio muerto anatómico (vm) = 150 ml
• Ventilación alveolar (va) es el volumen de aire que se moviliza por minuto a través de los alvéolos, sacos alveolares, conductos alveolares y bronquiolos respiratorios y depende de la ventilación total y del flujo pulmonar.
• va = (vc – vm) x fr = (500 – 150) ml /ciclo x 15 resp./ min = 5250 ml/ min.= 5,25 l/min.(esto significa, que en reposo existe una pérdida de 2250 ml.)

Espacio Muerto

El espacio muerto es el espacio constituido por las vías respiratorias, en las que no se produce intercambio gaseoso. Existen de 3 tipos:

1. Espacio muerto anatómico: se sitúa en serie con el alvéolo, y está ocupado por el aire de las vías aéreas, por lo que su volumen depende de la longitud y tamaño de las mismas. Se mide a través del método de Fowler, que consiste en la inhalación de nitrógeno y la medición de su presión parcial.
2. Espacio muerto alveolar: es el volumen de aquellos alvéolos que no funcionan con normalidad, por estar encerrados o porque no les circula la sangre.
3. Espacio muerto fisiológico: es la suma de los 2 anteriores. Se determina mediante la aproximación ideada por Bor, que se basó en la idea de que todo el CO2 espirado procede del gas alveolar y no del espacio muerto. Con ello, otra forma de expresar la ventilación alveolar sería:

• Volumen corriente o tidal (vc): cantidad de aire que se utiliza en cada ciclo respiratorio.(500 ml)
• Volumen de reserva inspiratoria (vir): cantidad máxima de volumen de aire que se puede inspirar partiendo del volumen corriente. Es de aproximadamente 3000 ml
• Volumen de reserva espiratoria (ver): cantidad máxima de volumen de aire que se puede espirar partiendo del volumen corriente. Es aproximadamente de 1700 ml.
• Capacidad vital (cv) = vc + vir + ver. Es el volumen máximo que somos capaces de inspirar y espirar, en condiciones normales.
• Volumen residual (vr): volumen de aire que queda en los pulmones al final de la espiración máxima sin poder ser liberado de los pulmones. Es de aproximadamente 1200 ml, pero no se puede medir mediante la espirografía normal (se usan otros métodos).
• Capacidad pulmonar total (cpt) = cv + vr
• Capacidad residual funcional (crf) = ver + vr
• Volumen espiratorio forzado fev1 o vems: es el volumen de aire expulsado durante el primer 2º de la maniobra de espiración forzada. Se considera normal si es = o superior al 80% de su valor de referencia.
• Volumen residual (vr)
• Relación fev1/vr (%): es la relación porcentual de los 2 parámetros anteriores. Es el parámetro más importante para valorar si hay obstrucción. Debe ser mayor del 70%.

Intercambio Gaseoso Durante el Ejercicio

Durante los esfuerzos de intensidad ligera y moderada, aumentan la ventilación total (Ve) y alveolar (Va) de manera proporcional a la intensidad del mismo. Igualmente aumenta Q también proporcionalmente a la intensidad. Parece lógico pensar, por tanto, que la relación ventilaciónperfusión se mantiene en los valores normales durante el esfuerzo por el aumento proporcional de sus principales variables para ajustarse a las necesidades metabólicas. En situaciones de esfuerzo muy elevado, sin embargo, esto no es así. El factor limitante de esta relación a altas intensidades es el factor cardiovascular. El rendimiento del sistema respiratorio es superior al cardiovascular, por tanto, la relación ventilación – perfusión se desajusta. Esto es debido a que entra más aire que flujo sanguíneo circula. Siguiendo la ley de Starling, durante el esfuerzo: ↑ VS y VDF = ↓VSF, lo que conlleva a: 

Esto puede producir hipoxemia transitoria: disminución anormal de la presión parcial de oxígeno en sangre arterial. No debe confundirse con hipoxia, una disminución de la difusión de oxígeno en los tejidos y en la célula. Generalmente la hipoxemia se asocia a:

• – Hipoventilación. Es una respiración deficiente por ser muy superficial y/o muy lenta, causando deficiencia de la función pulmonar y siempre provoca un aumento de la presión parcial de CO2. La característica principal de una hipoventilación no es la hipoxemia, sino la resultante acidosis respiratoria causada por el incremento en la presión parcial de CO2.
• – Difusión inadecuada de oxígeno a través del alvéolo, fundamentada en la Ley de Fick.

La mayor demanda de energía durante el ejercicio supone un aumento de la ventilación total (ve). Aunque lo veremos más ampliamente en temas siguientes, tanto la ventilación total como la alveolar (va) dependen del volumen corriente (vc) y de la frecuencia (fr):

va = (vc – vm) x fr   ve = vc x fr

l aumento d ventilacion total s consigue con 1a mayor accion mecanica respiratoria,lo q a su vez conyeva 1 incremento d gradiente d presiones atm-pulmon,y d la fuerza d la musculatura respiratoria.si dixo incremento s realiza con vc eleva2,aumentara l trabajo elastico;mientras q si s ace con fr elevadas aumentara l trabajo resistente.

lo ideal xa aumentar la ventilacion total s conseguir y mantener la menor frecuencia respiratoria posible con 1 volumen corriente destacado.esto s consigue a determinadas intensidades medias relacion intensidad / ventilacion = lineal),asta q s absolutamente necesario incrementar la fr xa aumentar la ve (intensidades altas).

en esfuerzos extremos o intensidades muy altas,la relacion entre intensidad y ventilacion pierde l caracter lineal provocando q la efi100cia respiratoria disminuya.esto ocurre xq l mayor trabajo respiratorio requiere 1 mayor flujo sanguineo a ls musculos d la respiracion,ocasionando 1 descenso del flujo sanguineo acia ls musculos implica2 en l movimiento (relacion locomocion/respiracion no equilibrada).

dixa “luxa” entre ls musculos respiratorios y del movimiento ocasiona q realmente ning1 d ls 2 trabaje d forma eficaz.xa conseguir 1a mejora d 1s y otros musculos a la vez,debe aber cierta coordinacion entre ambos.

x ultimo,ls musculos respiratorios modifican sus caracteristicas morfologicas (densidad capilar,enzimas…) y funcionales (velocidad d contraccion) gracias al ejercicio;algo q ocasiona 1 mayor valor d ve max.con la combinacion adecuada d vc y fr.

difusion

l intercambio gaseoso entre l organismo y l medio ambiente sucede en la superficie d contacto entre ls capilares pulmonares y ls alveolos.ls gases q s intercambian son l o2 y l co2,cuyo proceso s denomina difusion,y s favorece d gradientes d presiones entre estos gases a traves d la membrana capilar.  la difusion s realiza en 2 senti2:  1-l o2 desde l alveolo al eritrocito d la sangre.2-l co2 desde l eritrocito d la sangre al alveolo.

en l proceso d difusion son importantes ls presiones parciales d ls gases,ls gradientes d dixas presiones,la solubilidad y la temperatura d ls mismos.l proceso d difusion ocurre d la siguiente manera:

1.entrada d o2 en l alveolo a traves del espacio muerto,s produce gracias a la diferencia d presion parcial d o2,existentes entre ambas (presion espacio muerto anatomico > presion alveolar).

2.paso del o2 desde l alveolo al eritrocito,s produce gracias a la diferencia d presion entre l extremo venoso y alveolo (presion alveolar > presion venosa).

3.salida d co2 desde l eritrocito al alveolo,s produce gracias a la diferencia d presion parcial entre l extremo venoso y l alveolo (presion venosa > presion alveolar).

4.salida d co2 del alveolo a la atmosfera (presion alveolar > presion atmosferica).

Efectos Bohr y Haldane (variación de pH)

El pH de la sangre en los pulmones suele ser alto, por lo que la afinidad del O2 con la hemoglobina es buena. Al llegar a los tejidos, aumenta la PCO2 provocando un aumento de [H+] (descenso pH = sangre más ácida), lo que a su vez origina un descenso de la accesibilidad del O2 a los grupos hemo de la Hb.

Esto favorece el proceso de disociación (mayor “descarga” de oxígeno hacia los tejidos), desplazando la curva asociación-disociación hacia la derecha.

Tras esta descarga, la sangre desoxigenada puede portar con mayor facilidad CO2 hacia el corazón y los pulmones para reoxigenarla (efecto Haldane).

Tipos de desplazamientos de la curva.

Los desplazamientos hacia la izquierda implican una mejor captación y almacenamiento de O2.

Los efectos que los causan son: ↓ PCO2, ↓ [H+]; ↓ [2,3 DPG]; ↓ T = ↑ pH.

Los desplazamientos a la derecha implican una mejor liberación de O2. Los efectos que los causan son el efecto Bohr; ↑ T y ↑ [2,3 DPG]. Por eso la Hb descarga más oxigeno a los músculos que están metabólicamente calientes.

Transporte gaseoso a intensidad aeróbica
Cuando la intensidad del ejercicio permite un aporte de O2 igual a la demanda del mismo, el CO2 generado en la combustión se elimina por el aparato respiratorio en la misma proporción que ocurre el aporte de O2.
Debido a los efectos combinados de Bohr y Haldane, el incremento de este producto es eliminado sin dificultad, al ser un sistema abierto y mantener la [H+] estable (pH estable).
Transporte gaseoso a intensidad anaeróbica
A consecuencia del ejercicio, se requiere una mayor intensidad de transporte de los gases en los dos sentidos. Por ello, aumenta la producción de CO2 en los tejidos. Según el efecto Haldane, la desoxigenación de la sangre incrementa la habilidad de la hemoglobina para portar CO2, permitiendo que el músculo trabaje con una PCO2 y [H+] menor (ya que lo ha difundido a la sangre).
Cuanto mayor sea la proporción de energía procedente del metabolismo anaeróbico, más importante será la combinación de los efectos Bohr Haldane, para que no se produzca una acidosis que ocasione muerte celular.

Sistemas de amortiguación del equilibrio ácido-base:

1. El sistema buffer

Una solución buffer es aquella que tiende a absorber el exceso de iones H+ o a liberarlos según la necesidad. Por eso es importante en la regulación del equilibrio ácido-base en los líquidos corporales. Aunque existen tres sistemas buffers importantes, el sistema buffer del bicarbonato (HCO3-) es el más significativo.

Cuando cualquier ácido más fuerte que el ácido carbónico (H2CO3) ingresa a la sangre, es amortiguado por la reacción con la sal de bicarbonato de sodio. Los iones hidrógeno son eliminados para formar moléculas de ácido carbónico y una sal de sodio ácida más fuerte.

2. Regulación respiratoria

A medida que la profundidad y la frecuencia respiratoria aumentan, con el ejercicio, se pierde más CO2, disminuyendo la concentración de H2CO3 en la sangre. A medida que la profundidad y frecuencia respiratoria disminuyen (respiración superficial), se extrae menos CO2 y la concentración de H2CO3 en la sangre aumenta.

Los pulmones deben tener tejido elástico normal para que se produzca la extracción eficiente de CO2. Cualquier trastorno que disminuya esta elasticidad produce retención de este y de carbónico, conduciendo a la acidosis con un pH menor que el normal.

Aunque los pulmones pueden modificar el pH cambiando la PCO2 y alterando la relación de ácido carbónico con bicarbonato, no existe ningún cambio en la cantidad de iones hidrógeno. Los pulmones no pueden regenerar bicarbonato para reemplazar lo que se ha perdido en amortiguar los iones H+. La formación de nuevo bicarbonato y la excreción de bicarbonato, si fuera necesario, son funciones de los riñones.

3. Regulación renal del pH

Su acción tarda más que las anteriores pero es la más potente y es muy importante para conservar la reserva alcalina del cuerpo. Los riñones mantienen el equilibrio ácido-base con la regulación del pH del plasma sanguíneo. Las ganancias y pérdidas de ácido y base deben ser equilibradas.

El principal punto de control para el mantenimiento del equilibrio estable es la excreción renal. El riñón es dirigido hacia la excreción o retención de cationes mediante la acción de la aldosterona, la hormona antidiurética (ADH) y otras hormonas, dependiendo del estado alcalino o ácido del plasma sanguíneo.

En el caso de tener plasma ácido, los iones H+ y el amoniaco son secretados en intercambio por sodio en el filtrado. Esto produce el regreso del bicarbonato de sodio a la sangre (disminución de la acidez = aumento pH).

La regulación del pH se vuelve progresivamente más difícil cuando los iones de hidrógeno aumentan por la producción de CO2 y ácido láctico, como ocurre en el caso de realizar un ejercicio de alta intensidad,

En la regulación respiratoria interviene, entre otros reguladores, los quimiorreceptores. Hay de dos tipos: periféricos (en el SNP) y centrales (en el SNC). A grosso modo, se puede decir que los quimiorreceptores periféricos controlan la oxigenación de los tejidos; y los centrales, responden muy lentamente, pero de manera más intensa cuando el pH arterial alcanza valores muy bajos para preservar, precisamente, el SNC.

1. QUIMIORECEPTORES PERIFÉRICOS.

Son estructuras nerviosas que se sitúan en el cayado de la aorta, concretamente en el seno carotídeo, cuya función es detectar las variaciones metabólicas de los niveles de O2 y CO2 en la sangre. Una vez que detectan la variación de O2 y CO2 en la sangre, llevan la información al SNC, que elaborará la respuesta necesaria.

Características

– Intervienen, como ya hemos dicho, en el control de la oxigenación de los tejidos.

– Rica inervación y flujo sanguíneo muy elevado

– Difa-v O2 ≈ 0 → Irrigado directamente por sangre arterial.

– Este tipo de receptores responden al descenso de PO2, al aumento de PCO2 y a las variaciones de [H+]

respuesta a la hipoxia

– Gráfica no lineal, lo que significaba que no se producen incrementos de la ventilación hasta que la PO2 no es inferior a cierto valor (60 mmHg).

– En general, presentan poca sensibilidad, es decir, para que se produzca una variación notable en la intensidad de la respuesta, la PO2 debe caer bastante (intensidad y rapidez de respuesta aumenta (Para desarrollar la gráfica, se deben mantener constantes la PCO2 y la [H+] (es decir, el pH)

respuesta ala hipercapnia

– Gráfica lineal lineal, lo que significa que se producen incrementos de ventilación con variaciones de solo 1-2 mmHg de PpCO2.

– Respuesta lenta. 32

– Extrema sensibilidad, que con ligeras variaciones de PpCO2, provoca un incremento notable de la respuesta.

– La intensidad de la respuesta es mayor cuando la PpCO2 es máxima (situación peligrosa de aumento de ↑ [H+], y con ello, de la acidosis), incrementándose la frecuencia de descarga del CO2; mientras que, será menor cuando la PpCO2 es mínima.

Combinación de ambas respuestas (hipoxemia)

No es la suma algebraica, ni gráfica de las mismas. La relación es lineal (a diferencia de la hiperbólica de la hipoxia), viéndose afectada la pendiente de la recta por cambios mínimos de la PCO2. Consecuentemente, se produce un incremento de ventilación x5.