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14 mayo Equilibrio ácido base. Acidosis y alcalosis. Control de la ventilación,

quimiorreceptores. Respuesta a pCO2, pO2. Pruebas funcionales pulmonares.

Transporte de Gases.

Debe haber un mecanismo que haga que el producto del intercambio gaseoso llegue a cada una de las células del organismo. Son dos gases a los que haremos referencia, el oxígeno y el dióxido de carbono. Bajo condiciones basales (en reposo) el oxigeno es transportado solamente a través de la hemoglobina. Es capaz de fijar cuatro moléculas de oxigeno. En cada minuto se transporta un litro de oxigeno por la sangre. Otra propiedad de la hemoglobina, es que es una proteína alostérica, esto quiere decir que sufre un cambio de conformación. Cuando la hemoglobina recibe a la primera molécula de Oxigeno, transforma su conformación y se vuelve mas afín por el oxigeno. Cuando no tiene oxígenos pegados posee una conformación que no capta oxigeno fácilmente.

Eso determina la primera parte de la curva de disociación de la hemoglobina. Una curva que considera la saturación v/s la concentración de oxigeno en el ambiente. 40 ml de oxígeno en los tejidos. 100 ml de oxigeno en los alveolos. Cuando una molécula de hemoglobina pasa por los tejidos, estará rodeada por 40 mm Hg de oxígeno. Cuando pase por los capilares

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pulmonares estará rodeada por 100 mm Hg de oxígeno. Entonces ¿qué pasa con la saturación? Al principio (0) es muy difícil agregarle oxígeno a la hemoglobina, esto por su conformación alostérica y aunque haya mucho oxígeno circulante no se agregará a la hemoglobina. Una vez que se ha añadido el primer oxígeno la hemoglobina se hace más afín por este gas y puede agregar 3 más con mayor facilidad. Cuando pasa por los pulmones, la molécula de hemoglobina capta oxígeno, va a los tejidos y libera los oxígenos. Se nota en la gráfica: Cuando la concentración por fuera es de 100 mm Hg el 100% de la hemoglobina está con O2 pegado. En cambio cuando se baja la concentración a 40 mm Hg (ocurre en los tejidos) solo un 80% de la hemoglobina está con O2. El resto se fue. El consumo basal de oxigeno en reposo es del 25% del O2 circulante en la sangre. Esto quiere decir que de las 4 moléculas de O2 que están fijadas a la hemoglobina, en reposo, se saca 1. Cuando se comienza a hacer un ejercicio la primera reserva de oxigeno que se tiene es la de la hemoglobina circulante. Pero se puede llegar a ocupar hasta el 75% de la hemoglobina circulante o sea 3 de 4 moléculas de oxígeno. No es el 100% porque si quitamos todas las moléculas de oxigeno la hemoglobina perdería su conformación afín por el oxígeno. En general el transporte de oxigeno está limitado por la cantidad de hemoglobina que está circulando. (Ver gráfica) La curva en el 100% termina plana, eso significa que por mucho que aumente la concentración de oxígeno afuera, la hemoglobina no será capaz de unir más oxígenos (saturable). Eso ocurre a concentraciones de oxigeno de 760 mm Hg.

Si aumentamos la concentración de oxígeno mas allá de los 100 mm Hg que tienen los alveolos normalmente, el oxigeno comenzará a disolverse en el plasma. Entonces si bien la hemoglobina está saturada, el oxígeno podrá desplazarse en forma libre por el plasma. De esta manera se puede aumentar el transporte de oxígeno. (Esto es tóxico) Hay una situación que le ocurre a los buzos, llega demasiado oxigeno a las células, lo que produce un efecto de desestabilización de las membranas celulares. Es similar a una intoxicación etílica. En situación crónica el incremento de oxígeno en el plasma produce un

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incremento de la producción de radicales libres. Hay situaciones que afectan la curva de disociación de la hemoglobina. Temperatura, pH, [PCO2] y [2-3 DPG] (difosfoglicerato) (Explicación sobre 2-3 DPG) El eritrocito es una célula tan especializada que solo es capaz de hacer 3 cosas: transportar oxígeno, es capaz de producir 2-3 DPG y sintetizar una enzima. El 2-3 DPG es una vía alternativa a la degradación de la glucosa. La enzima que fabrica el eritrocito hace que esta ruta se desvíe hace la producción de 2-3 DPG. Lo hace porque el 2-3 DPG se encaja entre las moléculas de la hemoglobina y le cambia la conformación, por una de menor afinidad por el oxígeno. Se recurre a esta síntesis en momentos donde hay poco oxígeno en los tejidos, para que la hemoglobina pueda soltar el oxígeno. ¿De qué manera afecta? Se alterará la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Si antes con 40 mm Hg tenía un 50% de la hemoglobina fijada, ahora esos mismos 40 mm Hg hará que tenga un 70% de la hemoglobina fijada. ¿Qué significa esto? Que al desplazar la curva hacia la derecha bajo la afinidad por el oxigeno. O sea si de desplaza una curva de disociación de la hemoglobina hacia la derecha, lo que se está haciendo es bajar la afinidad por el oxígeno. Esa situación se da cuando: aumenta la [PCO2] cuando aumenta la Temperatura, cuando disminuye el pH y cuando el eritrocito sintetiza el 2-3 DPG. Al revés, aumenta la afinidad por el oxígeno cuando no hay mucha síntesis de 2-3 DPG, cuando baja la [PCO2], cuando hay una temperatura menor y cuando aumenta el pH. Esta situación se da inteligentemente, pensando que la temperatura es mayor en los tejidos, y no en los pulmones, ya que estos reciben aire del exterior que se encuentra más frio. La [PCO2] es mayor en los tejidos, por lo tanto aquí el pH es menor. El sistema está pensado para que en los pulmones haya una menor temperatura y una [PCO2] más baja y que lo que se haga con el O2 sea fijarlo.

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Luego llega a los tejidos donde la situación es totalmente opuesta, existe un menor pH y una mayor [PCO2]. Por lo tanto la curva se desplaza y se entrega el O2. Resumiendo: En los tejidos la afinidad por el oxigeno es menor En los pulmones la afinidad por el oxigeno es mayor. A este fenómeno se le llama Efecto de Bohr Este dice que la afinidad de la hemoglobina por el oxigeno disminuye a una mayor [PCO2] y un menor pH.

(Ver gráfica) La curva azul es la de los pulmones y la roja es la de los tejidos. En los pulmones el aire es más frio y la [PCO2] es más baja. En los tejidos la [PCO2] es mayor y la temperatura es más alta por el trabajo que realizan los tejidos. Entonces la curva cuando pasa por los pulmones se desplaza a la izquierda, mayor afinidad. Y esa misma sangre al pasar por los tejidos desplaza la curva a la derecha, disminuyendo la afinidad por el oxígeno. En la gráfica se observa que los valores de 2-3 DPG se mantienen normales, cuando está bajo, es mayor la afinidad y cuando su concentración es alta la afinidad es menor. Hay una condición que estimula la producción de 2-3 DPG, la hipoxia. Cuando hay hipoxia en los tejidos, se aumenta la frecuencia cardíaca, aumentará la eritropoyesis y aumentará la producción de 2-3 DPG para que el oxígeno que se está transportando sea entregado a los tejidos. (Dato) Es un tipo de doping. Los deportistas no usan eritropoyetina comercial para producir más glóbulos rojos porque se identifica como doping positivo. Sin embargo se van a ejercitar a las alturas para que de manera natural produzcan más glóbulos rojos, y una vez que están a nivel del mar tengan una mayor capacidad de entregar el oxígeno a sus tejidos.

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Hay otras situaciones que se pueden dar con el transporte de oxigeno. Es la anemia. No es el oxigeno es problema, sino la cantidad de glóbulos rojos. La segunda situación es la producida por el monóxido de carbono. La hemoglobina tiene mayor afinidad por el monóxido de carbono que por el oxigeno. Uno de los síntomas característicos de la falta de irrigación sanguínea a los tejidos es la cianosis (coloración azul de los labios). Cuando existe una intoxicación por monóxido de carbono no se produce esto, ya que la coloración azulada se produce por un hemoglobina poco saturada, y en este caso la hemoglobina si está saturada, pero con monóxido de carbono. Otro caso es el de la gestación. Por aposición de dos circulaciones (fetal – materna). Como se intercambia la sangre fetal? Para qe haya intercambio en la placenta es que existe un “truco” este es que la hemoglobina del feto es diferente a la de la madre, la fetal tiene mayor afinidad por el oxígeno. Entonces el intercambio de gases NO se realiza principalmente por diferencia de concentraciones SINO por diferencia de afinidad y además por la poca gradiente de concentración que existe.

Cambian dos moléculas del tetrámero de hemoglobina. En la fetal existen dos subunidades gamma.

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La mioglobina es una proteína presente en los músculos, y es la encargada del almacenamiento de oxigeno en estos. NO tiene que ver con el transporte. A diferencia de la hemoglobina (tetrámero) la Mioglobina es un monómero. La diferencia está en que la mioglobina ocupa un proceso de “todo o nada” o sea se satura o no se satura, porque es un monómero. Esta tiene mayor afinidad por el oxígeno que la hemoglobina. Cuando una molécula de hemoglobina pasa por el lado de una mioglobina, la hemoglobina pierde los oxígenos y los

recibe la mioglobina. Esta los almacena y los entrega cuando la concentración de oxigeno en su entorno” baje mucho o sea cuando comience un trabajo muscular. Al inicio del ejercicio la simple circulación y el aumento del ritmo cardíaco (aeróbico) restablecen la concentración de oxígeno. Sin embargo a veces el ejercicio es más intenso y se necesitan de esas reservas de oxígeno presentes en la mioglobina. Ejemplo Usain Bolt Durante toda la carrera el hiperventila. Y se consumió toda la mioglobina presente en sus músculos y no tiene que recurrir a la vía anaerobia a pesar de haber hecho un ejercicio tan extremo y sin haber respirado. A eso se le llaman reservas de oxígeno. ¿Por qué queda respirando agitadamente después de la carrera? Para reponer sus reservas de oxígeno. Por lo tanto, mientras mas mioglobinas tenga más tiempo podrá recurrir a la vía aeróbica.

El transporte de CO2 es un poco distinto ya que se puede transportar disuelto en el plasma (esto porque el CO2 es sumamente difusible). La otra manera es unirse a proteínas distintas de la hemoglobina y también a la hemoglobina (pero no como fierro sino que como proteína) Y finalmente puede transportarse (la más importante) en forma de protones.

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El CO2 se produce en las células (Azul) glóbulo rojo (rojo) plasma (blanco). Entonces el CO2 sale de la célula al plasma. Aquí tiene la opción de unirse a cualquier proteína (albúmina, globulina etc) aquí forman los grupo carbamino (grupo CO2 unido a una proteína) también puede disolverse en el plasma sin perder su identidad, o puede entrar hacia el citoplasma del glóbulo rojo, aquí puede unirse a la hemoglobina como proteína formando lo que se llama carbaminohemoglobina. También puede disolverse en el citoplasma. Y finalmente lo que puede hacer es unirse a agua y formar acido carbónico. (Es la

forma más

común) ¿Por qué estando en el plasma sanguíneo no ocurre la formación de acido carbónico en el plasma entre la célula y el glóbulo rojo? Es porque necesita una enzima, la anhidrasa carbónica. Esta enzima se encuentra en el eritrocito, en el neumocito tipo 1 y en las células renales. En estas tres células se genera esta reacción de transformación del CO2. ¿Qué ocurre después con el acido carbónico? Se disocia en un protón libre y en bicarbonato. El bicarbonato sale plasma sanguíneo y es intercambiado por un cloro, este se va dentro de la célula y el bicarbonato se unió con el sodio produciendo bicarbonato de sodio (el principal buffer del organismo) Adentro el protón reaccionó con la hemoglobina y liberó el oxígeno. Por eso la afinidad del oxigeno tiene que ver con la concentración de CO2 en el exterior. Mientras más CO2 haya en el exterior se producen más protones y se liberará mas oxigeno. Esta propiedad de formar acido y bicarbonato a partir de CO2 + agua, le confiere una de las otras funciones que es la de regular el pH (buffer del bicarbonato de sodio, es más fácil y más rápido de producir que el fosfato) (Ver figura superior) Se ve reflejada la importancia relativa de los distintos mecanismos (roja es oxigeno) y negra CO2) El oxigeno disuelto prácticamente no existe.

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Pero si existen vías alternativas importantes para el CO2. El efecto Haldane, se denomina al suceso por el cual el oxígeno desplaza al CO2 Esto también ocurre al revés, el CO2 desplaza al oxígeno. Cuando las condiciones son de pH y temperatura favorables o en contra de alguno de los dos. En este caso se trata la saturación de la hemoglobina con el oxígeno. Cuando la hemoglobina está saturada 100% con oxigeno habrá una mayor afinidad por el oxigeno, y el CO2 se va a ir, esto ocurre en los capilares alveolares. En los capilares tisulares es al revés, se desplaza hacia la derecha o esa la afinidad por el CO2 es mayor (concentración de oxígeno menor).

(Imagen). En azul, los capilares pulmonares y en rojo los tisulares. ¿Como se desplaza la curva? entre mayor afinidad por CO2 y una menor afinidad por el CO2. Se desplaza la derecha y producirá menor afinidad por el CO2.

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En general en el plasma sanguíneo el rango de pH es muy estrecho. Bordeando el 7,4. ¿Cómo se entran ácidos? A través de la dieta (aminoácidos o ácidos grasos) o a través del metabolismo (producción CO2, acido láctico y cetoacidos estos últimos son los producidos por la degradación de las grasas) De los buffers el más importante es el bicarbonato, pero también existen proteínas, fosfatos (son intracelulares) y la manera de sacar estos ácidos es a través de la ventilación, y la eliminación renal (se eliminan protones y bicarbonato)

La doble flecha indica el origen del trastorno. La acidosis respiratoria es de origen respiratorio y se produce por hipoventilación. Cuando aguantamos el CO2. La alcalosis respiratoria ocurre cuando eliminamos el CO2. Se produce por hiperventilación. (Mareo en soplido prolongado—montañista hiperventilado) el mareo ocurre por un efecto reflejo entre el centro respiratorio y el cardiovascular. Una alcalosis producirá una baja presión arterial.

El CO2 que se produce en los tejidos se maneja eliminándolo por los pulmones. En el riñón se maneja el bicarbonato a través de una orina acida o alcalina.

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En la acidosis respiratoria (reteniendo CO2) hipoventilación por depresión del sistema nervioso central por anestesia, por ejemplo o también enfisema asociado a labios morados porque no ingresa suficiente oxigeno. La acidosis metabólica es por falta de bases. Esta tratará de ser compensada por la respiración.

Se produce por hiperventilación. Su origen es extraño. (Casos de fiebre o ansiedad) (Ejemplo monito animado con bolsa en la cabeza xD) También se produce por vomito (por perdida de HCl) y diuréticos.

El cuerpo tiende a regular las condiciones de pH. Las respiratorias, las regulará a través de los riñones (son más tardías). Las metabólicas son reguladas inmediatamente a través del sistema respiratorio, y de hecho provee de un síntoma. Por ejemplo si es diabético y tiene un proceso de hiperventilación es porque tiene un coma diabético en el cual las células no tienen acceso a glucosa y comienza a degradar grasas. En la alcalosis respiratoria todo estará aumentado.

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¿Quién controla la ventilación? El individuo en gran parte, pero también un centro respiratorio. En el cuerpo hay repartidos ciertos receptores, estos envían señales a un centro respiratorio y este actuará a través de efectores. El principal es un nervio, el frénico, este inerva el diafragma. Está formado por un centro pneumotáxico y un centro apneusico en el bulbo raquídeo. Su cercanía anatómica hace que un sistema influya sobre el otro, y además con el centro cardiovascular. El centro pneumotáxico y el apneusico se comunican a través de neuronas inspiratorias y espiratorias (las espiratorias son mas “flojas” porque la espiración es pasiva en reposo, se produce por retracción elástica de los tejidos.) El centro apneusico estimulará a las neuronas inspiratorias, estas harán que el diafragma actúe junto a los intercostales hasta un cierto punto, hasta que los receptores de estiramiento determinen que ha entrado suficiente aire a los pulmones, enviarán una señal al centro pneumotáxico para que inhiba al apneusico. Se apagan las neuronas inspiratorias y se produce la espiración por retracción elástica. La información que llega a los receptores de estiramiento que acusan llenado pulmonar viaja a través del nervio vago, desde los pulmones hacia el centro pneumotáxico, y este apaga al apneusico.

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En la representación gráfica está representado como comienza a entrar aire al pulmón y cuando está lleno se apagan las neuronas de la inspiración. Se apagan y no emiten señal. Mientras tanto se produce la espiración por retracción elástica. Cuando está vacío nuevamente el apneusico prende las neuronas inspiratorias y así cíclicamente. A esto se le denomina reflejo de Hering – Breuer.

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Existen receptores en articulaciones y músculos, que cuando se comienza a hacer

ejercicio envía a través de la vía propioceptiva que viaja desde todo el cuerpo al cerebro que da información sobre la posición y actividad del cuerpo, y este manda información al centro respiratorio y el solo hecho de moverse hará que se estimule el centro resriptorio.

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Es el más importante, más que la disminución del oxígeno. Es por su importancia con respecto al pH. Los tejidos pueden descansar un poco, se bajará su consumo al máximo cuando comience a bajar el oxigeno pero no puede cambiar el pH. Un 70% de la información sobre el sistema respiratorio está mediada por CO2

y es detectada por los quimiorreceptores centrales. Estas son células especializadas para detectar diferencias en la química del líquido cefalorraquídeo y el CO2 pasa directamente por el líquido cefalorraquídeo. O sea a este llega primero la información a través del CO2 y los quimiorreceptores centrales. Actúan cuando detectan aumento de la concentración de CO2 induciendo la hiperventilación o sea eliminando CO2. Los quimiorreceptores periféricos están ubicados en el mismo lugar donde están los barorreceptores, en el cayado de la aorta y en los senos carotideos y ellos detectan la información sobre el oxígeno. Cuando disminuye el oxigeno se estimulan los quimiorreceptores periférico, pero la disminución debe ser muy importante porque recordar que es más importante un cambio en el CO2 En el caso en que si se estimulan sin tener problemas de CO2 es en las alturas porque aquí la deficiencia de oxígeno en la sangre es lo suficientemente importante como para estimular el centro respiratorio. Aumento del CO2------- hiperventilación. Disminución del Oxígeno ----- hiperventilación. Los quimiorreceptores periféricos también detectan CO2 y pH (caso acido láctico, cuando hay un exceso se produce inducción de la ventilación). Pero la mayor parte viaja vía quimiorreceptores centrales. Receptores de la piel. El primer estimulo que recibe el recién nacido es el frio, generalmente eso basta para que se produzca la respiración. Las vías aéreas, tiene un estimulo negativo en caso de sumersión y al momento de tragar. Al sumergirse se cierran las vías aéreas. (Reflejo)

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positivos son la tos y los estornudos. Los barorreceptores, tienen un estimulo negativo sobre el retorno venoso. Receptores de estiramiento de músculos y articulaciones. Tiene un estímulo positivo en caso de ejercicio.

Todo lo que se vio antes de esto

está ligado a lo que es

el comando

del sistema

respiratorio, ahora se verá la parte de las vías aéreas. Como se

pueden manejar

las vías aéreas, produciendo un estrechamiento o una dilatación de las vías para aumentar el paso del aire o para disminuirlas. Eso también está comandado por el sistema nervioso. El sistema parasimpático produce broncoconstricción y aumento de la secreción y el sistema simpático produce broncodilatación y disminuye la secreción. Ejemplo: la adrenalina en caso de emergencia, se producirá broncodilatación. Temperatura: se contrae el musculo por el aire muy frio. Agentes que actúan directamente sobre la musculatura lisa bronquial: Constrictores: Histamina. En las alergias se produce liberación de histamina, cuando esto es masivo se produce la broncoconstricción y se produce un shock anafiláctico. (La solución es atropina) Dilatadores: Epinefrina, atropina, CO2.

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Para: S. Guzmán, N. Hurtado y A. Leal.