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Respiración
Capítulo 40
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Respiración
• Proceso fisiológico por el cual O2 se
mueve al ambiente interno y CO2 se
mueve hacia afuera
• Se necesita O2 para respiración
aeróbica (producción de ATP)
• CO2 es producido como residuo
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Sistema Respiratorio
Contribuye a homeostasis
• Funciona junto al sistema circulatorio para
llevar O2 y remover CO2
• También ayuda a regular el balance ácido-
base
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food, water intake oxygen intake
eliminationof carbondioxide
nutrients,water,salts
oxygen carbondioxide
eliminationof foodresidues
rapid transportto and from allliving cells
elimination of excess water,salts, wastes
watersolutes
DIGESTIVESYSTEM
RESPIRATORYSYSTEM
CIRCULATORYSYSTEM
URINARYSYSTEM
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Gradientes de Presión
• Gradientes de concentración para gases
• Gases se difunden de lugar donde moléculas
están más concentradas a lugar donde están
menos concentradas
• Gases entran y dejan el cuerpo al difundirse
a través de superficies respiratorias
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Presión Atmosférica
• Presión ejercida por el peso del aire en
objetos en la superficie de la Tierra
• Al nivel del mar = 760 mm Hg
• O2 es 21% del aire; su presión parcial es
cerca de 160 mm Hg
– Presión parcial de O2 = (760) (21/100)
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760 mm Hg
78% N2
Partial pressure ofN2 = 600 mm Hg
21% O2
Partial pressure ofO2 = 160 mm Hg
1% CO2, other gases
Barómetrode mercurio
-presión en columna demercurio esigual a la presiónatmosférica
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Ley de Fick
• Describe la tasa a la que una sustancia (como oxígeno) se difunde a través de una membrana (como la superficie respiratoria)
• Tasa es proporcional al gradiente de presión a través de la membrana y al área de superficie de la membrana
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Razón Superficie-a-Volumen
• Según aumenta el tamaño de un animal, disminuye su razón superficie-a-volumen
• Animales pequeños y aplanados pueden usar la superficie del cuerpo como su superficie respiratoria
• Animales más grandes tienen estructuras especiales para aumentar la superficie respiratoria, como agallas y pulmones
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Adaptaciones para Intercambio de Gases
• Sistema circulatorio para transportar O2 y
CO2
• Inhalación y exhalación ayuda a ventilar los pulmones
• Pigmentos de transporte– Hemoglobina- en eritrocitos
– Mioglobina- en células de músculo cardiaco y esquelético (almacenan O2)
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Sistema Respiratorio Humano
•Función principal es intercambio de gases
•Otras funciones del sistema respiratorio:•Capacidad del habla•Mejora retorno de sangre venosa al corazón•Ayuda a eliminar agua y exceso de calor•Controla equilibrio ácido-básico
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Sistema Respiratorio Humano
•Aire entra por dos cavidades nasales•Secreciones mucosas lo calientan y humedecen•Epitelio ciliado filtran polvo•Receptores olfativos
•Aire pasa a faringe (garganta)•Laringe- dos pares de pliegues de membrana mucosa, par inferior son cuerdas vocales
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Sistema Respiratorio Humano
•Epiglotis- en entrada a laringe, cierra cuando tragamos comida•Tráquea•Bronquios- revestimiento epitelial con cilios y células secretoras de moco•Bronquiolos•Alveolos- sacos, 300 millones en cada pulmón
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Sistema Respiratorio Humano
Pharynx (Throat)
Larynx (Voice Box)
Trachea (Windpipe)Pleural Membrane
Intercostal Muscle
Diaphragm
Epiglottis
Bronchiole
Alveoli
Figure 40.10 Page 712
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bronchiole
alveolar duct
alveoli
alveolar sac(sectioned)
alveolarsac
pulmonarycapillary
Fig. 40.10bcPage 712
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Human respiratory system animation.
Animation
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Producción del Habla
• Cuerdas vocales se estiran a través de apertura de laringe; espacio entre ellas es la glotis
• Se varía posición de cuerdas para crear diferentes sonidos
Figure 40.10 Page 713
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vocal cords
glottis (closed)
epiglottis
base of tongue
glottis (open)
cartilage
Figure 40.11Page 713
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Respiración
• Mueve aire adentro y afuera de
pulmones
• Ocurre en patrón cíclico llamado ciclo
respiratorio
• Un ciclo respiratorio consiste de
inhalación y exhalación
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Inhalación
• Diafragma se contrae (se aplana)
• Músculos intercostales externos se contraen
• Volumen de cavidad torácica aumenta
• Pulmones se expanden• Aire fluye según
gradiente de presión a pulmones
Figure 40.12 Page 714
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Exhalación Normal (Pasiva)
• Músculos de inhalación se relajan
• Cavidad torácica se mueve hacia abajo
• Volumen de pulmones disminuye
• Aire fluye según gradiente de presión y hacia afuera de pulmones
Figure 40.12 Page 714
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Exhalación Activa
• Músculos del abdomen y músculos intercostales internos se contraen
• Esto disminuye el volumen de la cavidad torácica más que exhalación pasiva
• Volumen mayor de aire debe fluir hacia afuera para igualar presión intrapulmonar con presión atmosférica
*Ocurre al hacer ejercicio vigoroso
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Changes in thoracic cavity animation.
Animation
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Cambios en Presión
760
756
760
760
754
759
760
756
761
Atmospheric pressure:
Intrapleural pressure:
Intrapulmonary pressure:
Beforeinhalation
During inhalation(lungs expanded)
Duringexhalation
Figure 40.13 Page 715
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Pressure changes interaction.
Animation
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Volumen Respiratorio
•XY adulto- 5.7 litros de aire•XX adulta- 4.2 litros
•Volumen varía con edad y estado de salud
•Capacidad vital- volumen que sale de pulmones después de inhalación máxima
•- siempre queda ~ 1.2 L para intercambio •Volumen corriente o tidal- volumen que fluye hacia adentro o afuera en un ciclo (0.5 litros)
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inspiratoryreserve volume
expiratoryreserve volume
residual volume
tidal volume
vital capacity
total lung capacity
Volumen Respiratorio
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red blood cell
air spaceinsidealveolus
pore for airflowbetween alveoli
Vista de Alveolos
(see next slide)
Figure 40.16 Page 715
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Membrana Respiratoria
• Area entre un alveolo y un capilar pulmonar
• O2 y CO2 se
difunden fácilmente a través de la membrana
alveolarepithelium
capillaryendothelium
fusedbasementmembranesof bothepithelialtissues
Figure 40.16 Page 715
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Transporte de Oxígeno
• Mayoría de O2 se lleva enlazado a
hemoglobina en glóbulos rojos (98.5%)
• Hemoglobina tiene una gran afinidad por O2 cuando tiene alta presión parcial
(en capilares pulmonares)- oxihemoglobina o HbO2
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Transporte de CO2
• Tres mecanismos:
• 10% disuelto en la sangre
• 30% se une con hemoglobina- carbamino hemoglobina (HbCO2)
• 60% se transporta en forma de bicarbonato
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Formación de Bicarbonato
CO2 + H2O H2CO3
carbonic acid
HCO3–
bicarbonate
+ H+
• CO2 se convierte en ácido carbónico y luego en bicarbonato•Enzima anhidrasa carbónica aumenta la velocidad de la reacción 250 veces•Bicarbonato- acepta o libera iones, regula pH
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Control de Respiración
• Tasa respiratoria debe corresponder a tasa de flujo sanguíneo
• Médula oblongada establece el ritmo principal; centro en pons lo afina
• Magnitud de respiración depende de concentración de O2 y H+
• Cerebro detecta H+- aumenta respiración• Cuerpos carótidos y cuerpos aórticos detectan
disminución en O2- aumenta respiración
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Humanos en Grandes Alturas
• Residentes permanentes de grandes alturas tienen– Pulmones más vascularizados– Ventrículos del corazón más grandes– Más mitocondrias en músculos
• Aclimatación– Cambios en tasa de respiración, salida del corazón– Riñón secreta hormona eritropoyetina; aumenta
producción de glóbulos rojos
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Envenenamiento por Monóxido de Carbono (CO)
• Gas sin color, ni olor
• Humo de carros, cigarrillos, madera y carbón
• Compite con O2 por sitios de enlace en
hemoglobina
• Capacidad de enlace es al menos 200 veces
más grande que la del O2
• Exposición afecta entrega de O2
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Respiración en Aguas Profundas
• Presión aumenta con profundidad > 150 pies
• Aumenta N2 disuelto en la sangre y tejidos
• Se forman burbujas si buzo sube muy rápido
• Dolor en coyunturas, visión afectada,
parálisis
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Bronquitis
• Irritación de epitelio ciliado que cubre las paredes de bronquiolos
• Contaminantes en el aire, humo de cigarrillo, o alergias pueden ser la causa
• Exceso de mucosidad causa tos y acumula bacterias
• Bronquitis crónica cicatriza y obstruye las vías respiratorias
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Enfisema
• Daño irreversible en las paredes alveolares
• Pulmones se vuelven inelásticos
• Puede ser causado por defecto genético
• Principalmente causado por fumar
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Efectos de Fumar
• Expectativa de vida acortada
• Aumenta tasas de cáncer (pulmonar, boca, laringe,
esófago, páncreas, vejiga)
• Aumento en tasas de enfermedades cardiovasculares
• Función inmune y de sanación debilitadas
• Detrimental al feto
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Efectos de Fumar
• Cada 13 segundos en EU muere uno de
los 50 millones de fumadores por una
causa relacionada al cigarrillo
• Cigarrillo es el único producto de
consumo legal que mata a más de la
mitad de sus usuarios regulares
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Heimlich maneuver animation.
Animation