FACULTAD DE CIENCIAS FACULTAD DE CIENCIAS

FARMACÉUTICAS Y BIOQUÍMICASFARMACÉUTICAS Y BIOQUÍMICAS

ASIGNATURA: FISIOLOGÍA HUMANAASIGNATURA: FISIOLOGÍA HUMANA

FISIOLOGÍA DEL SISTEMA RESPIRATORIO

Segundo T. Calderón Pinillos.Biólogo - Maestría en Ciencias Fisiológicas Facultad de Farmacia y Bioquímica * UIGV

FISIOLOGÍA DEL SISTEMA RESPIRATORIO

PRINCIPIOS GENERALES

• Es una actividad vital .

• El feto no cambia el co2 x o2 con el medio ambiente.

• ¿ Como el feto puede crecer y desarrollarse en una tensión de

oxigeno incompatible para la vida adulta ?

• El oxígeno inspirado es usado en la combustión orgánica.

• El anhídrido carbónico espirado es fuente de carbono para las

plantas

ATMOSFERA

• OXIGENO (O2) 20%, un quinto del volumen total

• NITROGENO (N2) 80% cuatro quintos del volumen total

• ANHIDRIDO CARBONICO (CO2) 0.03 % del volumen total. pese a

que todos los organismos vivos expulsan co2 durante la respiración

PRESION BAROMETRICA O ATMOSFERICA

•Po BAROMETRICA = 760 mm Hg anm = 01 ATMOSFERA

Po BAROMETRICA = 14 , 7 LIBRAS POR PULGADA CUADRADA

• A 18 000 PIES LA Po BAROMETRICA ES DE 380 mmHg.

• A 63 000 PIES LA Po BAROMETRICA ES DE 47 mmHg.

40000

30000 Monte Everes

Altura pies Màxima altura residencial 5000 metros de altura

0

200 Po Baromètrica 760

Siglas y valores normales relacionados con la fisiología respiratoria

Siglas y valores normales relacionados con la fisiología respiratoria

ESTRUCTURA DEL SISTEMA RESPIRATORIO

Vías respiratorias• Las estructuras del sistema respiratorio se subdividen en zona

conductora (o vías respiratorias de conducción), que llevan el aire hacia dentro y fuera de los pulmones.

• Zona respiratoria, sitio donde tiene lugar el intercambio de gases a través de los alveolos.

Zona conductora• La zona conductoria incluye nariz, nasofaringe, laringe, tráquea

bronquios, bronquiolos y bronquiolos terminales.

• La función de estas estructuras es llevar aire hacia dentro y fuera de la zona respiratoria para intercambiar gases y calentar, humedecer y filtrar el aire antes de que alcance la región exacta donde se intercambian los gases

Estructura de las vías respiratorias. El número de las diversas estructuras está indicado para los dos pulmones.

Las paredes de las vías respiratorias de conducción contienen músculo liso, el cual posee inervación simpática y parasimpática.

a) Las neuronas simpáticas adrenérgicas activan receptores β2 en el músculo liso bronquial y producen relajación y dilatación de las vías respiratorias, y

b) Las neuronas colinérgias parasimpáticas activan receptores muscarínicos y causan contracción y constricción de las vías respiratorias.

Los agonistas adrenérgios β2 (p.ej., adrenalina, isoproterenol y albuterol), administrados para dilatar las vías respiratorias en el tratamiento del asma, ejercen los efectos más notables.

FUNCIONES PULMONARES

1. Funcion ventilatoria

2. Funcion no ventilatoria

FUNCIONES NO VENTILATORIAS

• Metabólica

• Excretoria

• Protectora :

* No inmunitario

* Inmunologico

• Hormonal

• Absorción

PROTECTORA : MECANISMOS NO INMUNITARIO

Las células del epitelio respiratorio son:

A. CEL. DE GOBLET : 13ava. semana de gestación en la

traquea y bronquios

B. CEL. SEROSAS

C. CEL. DE LA GLANDULA BRONQUIAL: 10ma semana ,

bronquio y traquea

D. CEL. CILIADAS : 13ava semana, traquea y bronquiolos

respiratorios

E. CEL. CLARAS : 16 ava. semana, bronquiolos.

F. CEL. DE KULCHITSKY: 15 ava. semana, bronquios

G. CEL. DE LOS ALVEOLOS:

PROTECTORA: MECANISMO INMUNOLOGICO

• IMPORTANTE EN LA INMUNIDAD CELULAR : monocito, linfocito

FUNCIONES NO VENTILATORIAS

HORMONAL:

• Los MAST CELL son derivados de los basofilos.

• Prostaglandinas e1 (broncodilatadora), la f1 alfa

(Broncoconstrictora), Prostaciclina (vaso dilatadora)

ABSORCION:

• Es un sistema de interfase; via inhalatoria

MECANICA VENTILATORIA

VENTILACION PULMONAR:

A. VENTILACION EN REPOSO.

Inspiración

Espiración

B. VENTILACION EN ACTIVIDAD

- Inspiracion (Inhalacion)

- Espiracion (Exhalacion)

VOLUMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

Representación de los Volúmenes pulmonaresRepresentación de los Volúmenes pulmonares

•VOLUMEN TIDAL (volumen de aire corriente): 500ml

•VOLUMEN DE RESERVA INSPIRATORIA: 3000ml

•VOLUMEN DE RESERVA ESPIRATORIA: 1200ml

•VOLUMEN RESIDUAL: 1200ml

La combinación ó suma de 2 ó más volúmenes pulmonares son llamados CAPACIDADES PULMONARES .

•CAPACIDAD PULMONAR TOTAL: 5900ml

•CAPACIDAD VITAL: 4700ml

•CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL: 2400ml

•CAPACIDAD INSPIRATORIA 3500ml

CAPACIDAD VITAL

Es igual a la suma de VRI , VT y VRE , y es aproximadamente 75% de la CPT.

CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL

Es igual a la suma de VRE y VR (cerca del 25% del CPT) y es aproximadamente 40% del CPT .

CAPACIDAD INSPIRATORIA

El máximo volumen de aire que puede ser inhalado del final de un espiración tranquila ; ó la suma de VRI y VT. Corresponde a aproximadamente 60% CPT.

La Espirometría mide 3 de los 4 volúmenes pulmonares básicos ; excluyendo VR.

VR = CFR - VRE

Zona respiratoria

• La zona respiratoria incluye estructuras revestidas de alveolos: bronquiolos respiratorias, conductos alveolares y sacos alveolares y, por tanto, participa en el intercambio de gases

• Los alveolos son evaginaciones en forma de bolsa de las paredes de bronquiolos respiratorios, conductos alveolares y sacos alveolares.

• Cada pulmón posee un total de casi 300 millones de alveolos.

• El intercambio de oxígeno (O2) y dióxido de carbono(CO2) entre gas alveolar y sangre de los capilares pulmonares puede ocurrir con rapidez debido a que tienen una extensa área de superficie para difusión

• Las paredes alveolares están revestidas de células

epiteliales denominadas neumocitos tipos I y II (o células

alveolares).

• Los alveolos contienen células fagocitarias llamadas

macrófagos alveolares. Estos conservan los alveolos

libres de polvo y desperdicios.

HEMATOSIS

La respiración es un proceso involuntario y automático, mediante la cual las células vivientes del cuerpo toman oxígeno (O2) y eliminan el dióxido de carbono (CO2).

Es un intercambio gaseoso (O2 y CO2) entre el aire de la atmósfera y el organismo.

La sangre circula dentro de diminutos vasos adyacentes a cada célula corporal y son los glóbulos rojos de la sangre los que llevan oxígeno a los tejidos y extraen dióxido de carbono.

LA RESPIRACIÓN

En los pulmones, los glóbulos rojos descargan su dióxido de carbono en el aire y de él toman su nueva carga de oxígeno. Proceso que se denomina HEMATOSIS

PULMONEPULMONESS

El sistema respiratorio esta formado por:

Vías respiratorias: fosas nasales, faringe, laringe,

traquea, árbol bronquial; que conducen, calientan,

humidifican y filtran el aire inspirado de partículas

de polvo y gases irritantes antes de su llegada a la

porción pulmonar.

En las vías respiratorias se encuentran células ciliadas. Las cilios de la superficie de la célula tienen movimiento ondulatorio.

Estos movimientos hacen que el moco fluya lentamente hacia la laringe.

Luego el moco y las partículas que lleva atrapadas son deglutidas o expulsadas al exterior por medio de la tos.

NARIZ. Fosas nasalesLas cavidades nasales están revestidos por una capa de células (epitelio) que secreta una sustancia llamada moco. Posee un rico riego sanguíneo. Cuando el aire pasa por las fosas nasales, las cavidades nasales cumplen distintas funciones:

Calientan y humidifican el aire. Habitualmente la temperatura del aire inspirado se eleva a una temperatura que es menor en 1 grado centígrado a la corporal.

Filtran partículas. Los pelos ubicados a la entrada de las fosas nasales son importantes para filtrar las partículas grandes.

FARINGE

Aquí se entrecruzan los conductos de los aparatos digestivo y respiratorio.

Los alimentos pasan de la faringe al esófago y luego al estómago.

El aire pasa hacia la laringe y la traquea. Para evitar que los alimentos penetren en las vías respiratorias, se cierra, mediante un acto reflejo en la parte superior de la laringe, una válvula llamada epiglotis

LARINGE

Es el órgano de la fonación.

Utiliza el aire espirado para producir la voz, ya que en ella se encuentran las cuerdas vocales.

Interviene en el proceso de la tos, cerrando las vías aéreas de manera de producir la presión necesaria para generar la tos, luego se abre y permite la liberación del aire en forma brusca (tos), que limpia las vías de moco y partículas extrañas.  

TOS, ESTORNUDO, ETC

TRÁQUEA

Es un tubo de aire, continuación inferior de la laringe.

Es elástico, mide de 10 a 12 cm de longitud y tiene un diámetro igual al del dedo índice.

Posee aproximadamente 20 anillos cartilaginosos en forma de herradura.

Aproximadamente la mitad de la tráquea esta en el cuello y la otra mitad en el tórax y termina a nivel del esternón dividiéndose en dos bronquios.

A medida que se dividen los bronquios van haciéndose progresivamente de menor calibre hasta pasar a dimensiones microscópicas y entonces toman el nombre de bronquiolos. Las divisiones repetidas de los bronquiolos dan lugar a los bronquiolos terminales o respiratorios, que se abren en el conducto alveolar, del cual derivan los sacos aéreos. La pared de cada conducto alveolar y saco aéreo está formada por varias unidades llamadas alvéolos.

BRONQUÍOLO TERCIARIO

SACO ALVEOLAR

ALVÉOLOS

CONDUCTO ALVEOLAR

Tasa de ventilaciónEs el volumen de aire desplazado hacia dentro y fuera de los pulmones por unidad de tiempo.

La tasa de ventilación puede expresarse como ventilación minuto, que es la tasa total del movimiento de aire al interior y exterior de los pulmones.Como ventilación alveolar en la cual se corrige el espacio muerto fisiológico.La ventilación minuto está determinada por la siguiente ecuación:

La ventilación alveolar es la ventilación minuto corregida por el espacio muerto fisiológico y está determinada por la siguiente ecuación:

VA = (VT-VD) x respiraciones/min.

Ventilación minuto = VT x respiraciones/min.

Donde:

VA = Ventilación alveolar (ml/min)

VT = Volumen de aire corriente (ml)

VD = espacio muerto fisiológico (ml)

Ecuación de la ventilación alveolar

La ecuación de la ventilación alveolar es la relación fundamental de la fisiología respiratoria y describe la relación inversa entre ventilación alveolar y Pco2 alveolar (PAco2). Esta ecuación de la ventilación alveolar se expresa de la manera siguiente:

O, despejando:

.

2

.

2

A

co

co

V

xKVPA

2

2

..

PAcoKxcoV

AV

Donde:

• La constante, K, es igual a 863 mmHg para condiciones TCPS.

• TCPS significa temperatura corporal (310 K), presión ambiente (760 mmHg) y gas saturado con vapor de agua.

• Al utilizar la forma despejada de la ecuación, Pco2 alveolar se puede calcular si se conocen dos variables:

a) la tasa de producción de CO2 por el metabolismo aerobio de los tejidos.

b) la ventilación alveolar que excreta este CO2 en el aire espirado.

VA = ventilación alveolar (ml/min)Vco2 = tasa de preoducción de CO2 (ml/min)PAco2 = Pco2 alveolar (mmHg)K = constante (863 mmHg)

Músculos utilizados en la respiración

Músculos de la inspiración• El diafragma es el músculo más importante para la

inspiración.

• Cuando se contrae, el contenido del abdomen se desplaza hacia abajo y las costillas se levantan hacia arriba y afuera.

• Estos cambios incrementan el volumen dentro del tórax, lo que reduce la presión intratorácica e inicia el flujo del aire hacia el interior de los pulmones.

• Durante el ejercicio, cuando la frecuencia respiratoria y el volumen del aire corriente aumentan, los músculos intercostales externos y los músculos accesorios también se pueden usar para una inspiración.

Músculos de la espiración

• La espiración normalmente es un proceso pasivo.

• El aire es empujado hacia fuera de los pulmones por el gradiente de presión reversa entre pulmones y atmósfera hasta que el sistema alcanza otra vez su punto de equilibrio.

• Durante el ejercicio o en las enfermedades con aumento de la resistencia de las vías respiratorias (p.ej., asma), los músculos espiratorios pueden ayudar al proceso de la espiración.

• Los músculos de la espiración incluyen los músculos abdominales, que comprimen la cavidad abdominal y traccionan el diafragma hacia arriba, y los músculos intercostales internos, que tiran de las costillas hacia abajo y dentro.

Ciclo respiratorio.

El ciclo respiratorio se divide en tres fases: reposo (periodo entre los ciclos respiratorios), inspiración y espiración.

ReposoEs el periodo entre los ciclos respiratorios, cuando el diafragma se encuentra en su posición de equilibrio.

• En reposo no se desplaza aire hacia el interior o exterior de los pulmones.

• La presión alveolar es igual a la presión atmosférica, se dice que la presión alveolar es 0.

• No hay flujo de aire debido a que no existe diferencia de presión entre la atmósfera (boca o nariz) y los alveolos.

• En reposo, la presión intrapleural es negativa o de aproximadamente – 5 cmH2O.

CICLO RESPIRATORIO NORMAL

Inspiración

• Durante la inspiración, el diafragma se contrae e incrementa el volumen del tórax.

• Conforme aumenta el volumen pulmonar, la presión en los pulmones debe disminuir. (La Ley de Boyle establece que a una temperatura dada P x V es constante).

• Por lo tanto, la presión de las vías respiratorias y alveolos se hace negativa, es decir, menor que la presión atmosférica.

• En ese momento existe un gradiente de presión entre atmósfera, vías respiratorias y alveolos que impulsa el flujo de aire hacia el interior de los pulmones.

• El volumen de aire inspirado en una respiración es el volumen de aire corriente (VT), que es cercano a 0.5 L.

Espiración

• En condiciones normales, la espiración es un proceso pasivo.

• La presión alveolar se hace positiva (mayor que la presión atmosférica).

• Cuando la presión alveolar aumenta más allá de la presión atmosférica, el aire fluye al exterior de los pulmones y el volumen pulmonar retorna a la CFR.

• El volumen espirado es el volumen de aire corriente.

Espiración forzada• Es una espiración forzada, la persona respira hacia fuera

forzadamente de manera deliberada.

• Los músculos espiratorios se emplean para elevar la presión en los pulmones y vías respiratorias por arriba de la observada en una espiración normal pasiva.

• En un sujeto con pulmones normales, la espiración forzada eleva la presión en los pulmones y vías respiratorias.

• En una espiración forzada la presión de las vías respiratorias es +25 cmH2O y la presión alveolar es +3 cmH2O.

• Cuando la presión intrapleural es positiva

• ¿Se colapsan pulmones y vías respiratorias? No; en tanto persista la presión tranasmural positiva, las vías respiratorias y los pulmones permanecen abiertos.

En una persona con NOC, Neuropatía destructiva crónica la espiración forzada puede ocasionar colapso de las vías respiratorias.

• Las personas con NOC aprenden a espirar lentamente

con los labios apretados:

Elevan la presión de las vías respiratorias, evitan la

inversión del gradiente de presión transmural a través de

las vías respiratorias gruesas y de ese modo previenen el

colapso.

ESPIRACIÓN FORZADA

LEYES DE LOS GASES

• LEY DE DALTON.

PO DE AIRE = PO PARCIAL DE O2 + PO PARCIAL DE N2 + PO CO2

PO DE AIRE = 760 mmHg = 152 mmHg + 608 mmHg +

• LEY DE BOYLE Y MARIOTTE

PRESION x VOLUMEN = CONSTANTE

UN LITRO DE AIRE X 760mmHg = 760

DOS LITROS DE AIRE X 380 mmHg = 760

• LEY DE HENRY

LOS GASES SON SOLUBLES EN LOS LIQUIDOS

Ley general de los gases

• La ley general de los gases establece que el producto de la presión multiplicado por el volumen de un gas es igual al número de moles del gas multiplicado por la constante de los gases multiplicada por la temperatura. Así,

Donde:P = presión (mmHg)V = volumen (L)N = moles (mol)R = constante de los gasesT = temperatura (K)

PV = nRT

Ley de Boyle

Establece que para un gas, el producto de la presión multiplicado por el volumen a una temperatura determinada es constante. Así,

Ley de Dalton

• Se aplica con frecuencia en fisiología respiratoria.

• Estipula que la presión parcial de un gas en una mezcla de gases es la presión que el gas ejercería si ocupara el volumen total de la mezcla. Por consiguiente, la presión parcial es la presión total multiplicada por la concentración fraccional del gas seco, o

P1 V1 = P2V2

Px = PB x F.

Donde:

De la ley de Dalton se deduce, entonces que la suma de las

presiones parciales de todos los gases en una mezcla es

igual a la presión total de la mezcla.

Px = presión parcial del gas (mmHg)

PB = presión barométrica

PH2O = presión del vapor de agua de

37ºC (47 mmHg)

F = concentración fraccional del

gas (sin unidades).

• De esta forma, la presión barométrica (PB) es la suma de las

presiones parciales de O2, CO2, N2 y H2O.

• Los porcentajes de los gases en el aire seco a una presión

barométrica de 760 mmHg con el valor correspondiente para

F en paréntesis son los siguientes: O2, 21% (0.21); N2, 79%

(0.79), y CO2, 0% (0). Puesto que el aire está húmedo en

las vías respiratorias, la presión del vapor de agua es

obligatoria e igual a 47 mmHg a 37ºC.

PROBLEMA:

• Calcular la presión de O2 (Po2) en el aire inspirado y

comparar ese valor con la Po2 en el aire traqueal húmedo

a 37º C. la concentración fraccional de O2 en el aire

inspirado es 0.21.

Solución:• La Po2 del aire seco inspirado se calcula multiplicando la presión

de la mezcla de gases (es decir, presión barométrica) por la concentración fraccional de O2 que es 0.21.

• Así, en el aire seco inspirado,

• La Po2 del aire traqueal húmedo es menor que la po2 del aire inspirado seco debido a que la presión total debe corregirse por la presión del valor de agua (47 mmHg a 37ºC). Por consiguiente, en el aire traqueal húmedo.

Po2 = 760 mmHg x 0.21 = 160 mmHg

po2 = (760 mmHg - 47 mmHg) x 0.21= 713 mmHg x 0.21= 150 mmHg

[H+]ec = 40 mEq/l

[H+]ec = 40 x 10-6 mEq/l

[Na+]ec = 140 mEq/l

[H+]ec = 0,000040 mEq/l

[K+]ec = 4,0 mEq/l

EQUILIBRIO ACIDO BÁSICO EN RESPIRACIÓN

Sorensen : Valores

pH = - log [H+]ec

pH = - log [0,000040]

[H+]ec = 0,000040 mEq/l

pH = 7,40 (7,36 - 7,44)

Arterial Extra celular

Base débil + Ácido fuerte = Sal neutra + Ácido débil

NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O

¿Que es un amortiguador o buffer?

Quimicamente es la mezcla de un ácido débil y su

respectiva sal.

Evita grandes variaciones del pH cuando en una

solución, se incrementa o disminuye la

concentración de H+ u OH-.

NaHCO3pH = pKA + log

H2CO3

pKA = logaritmo negativo de la constante de ionización del ácido (6,1)

NaHCO3 = Na+ + HCO3- (mEq/litro)

H2CO3 = H2O + CO2 (mmHg)

Ecuación de Henderson y Hasselbalch

HCO3-

pH = 6,1 + log 0,0302 pCO2

24pH = 6,1 + log

0,0302 x 40

24pH = 6,1 + log = 6,1 + 1,3

1,2

pH = 7,4

Ecuación de Henderson y Hasselbalch

ACIDOSIS RESPIRATORIA

1. Agudas:

A. Alteraciones neuromusculares: - Daño encefálico o de la médula. - Síndrome de Guillain Barre, miastenia gravis, botulismo - Narcóticos, sobredosis de tranquilizantes

B. Obstrucción de las vías respiratorias - Cuerpo extraño, broncoespasmo - Aspiración de vómitos, Edema laríngeo

C. Alteraciones toracopulmonares - Neumotorax, neumonía severa. - Edema pulmonar severo, inhalación de humos.

D. Trastornos vasculares - Embolia pulmonar masiva.

ACIDOSIS RESPIRATORIA

2. Crónicas:

A. Alteraciones neuromusculares:

- Uso crónico de sedantes o narcóticos.

- Síndrome de Pickwick

- Parálisis diafragmática.

B. Alteraciones toracopulmonares

- EPOC.

- Xifoescoliosis

- Enfermedad pulmonar intersticial avanzada.

ALCALOSIS RESPIRATORIA

1. Hipoxemia.

- Neumonía, fibrosis intersticial, embolia, edema.

- ICC

- Hipotensión arterial o severa anemia.

- En altura.

2. Estimulación directa de la respiración.

- Hiperventilación voluntaria, mecánica o psicógena.

- Embarazo

- Post corrección de alcalosis metabólica.

- Intoxicación por salicilatos

- Insuficiencia hepática

- Sepsis por gram negativos.

- Tumores.

Segundo T. Calderón Pinillos.Biólogo - Maestría en Ciencias Fisiológicas Facultad de Farmacia y Bioquímica * UIGV