NIVEL ORGÁNICO · Fisiología Humana Dr. Abner A ... laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos...

Fisiología Humana Dr. Abner A. Fonseca L.

Universidad Nacional Hermilio Valdizan Facultad de Enfermería

102

NIVEL ORGÁNICO

FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

El proceso fisiológico comprende el intercambio gaseoso entre el aire respirado y las

células de los capilares sanguíneos pulmonares (hematosis) se lleva a cabo en cuatro etapas.

I. VENTILACIÓN PULMONAR

1) Árbol traqueo bronquial:

a. Zona conductora

b. Zona respiratoria

2) Fuerza motriz.

a. Inspiración (entrada de aire)

b. Espiración (salida del aire)

II. INTERCAMBIO GASEOSO:

1) Gradiente de presión de oxígeno

2) Superficie funcional de la membrana alveolocapilar

3) Volumen respiratorio por minuto

4) Ventilación alveolar.

III. TRANSPORTE DE GASES

1) Oxígeno unido a la hemoglobina (97%)

2) Oxígeno libre

3) Anhídrido Carbónico disuelto en el plasma

IV. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN.

1) Bulbo raquídeo

2) Receptores periféricos alveolares

I. VENTILACIÓN PULMONAR

1. ÁRBOL TRAQUEOBRONQUIAL Los diferentes niveles del árbol traqueobronquial usualmente se describen como

generaciones, la tráquea sería la primera generación, los bronquios principales, la segunda,

y así hacia abajo hasta 23 generaciones, siendo los sacos alveolares la última. Sin embargo

se hará referencia a la nariz, nasofaringe, laringe como órganos complementarios al árbol

traqueobronquial.

a) Zona conductora, son: nariz, nasofaringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos

hasta la generación 15. La función es llevar aire hacia dentro y fuera de la zona

respiratoria, para intercambiar gases, calentar, humedecer y filtrar el aire antes de que

alcance la región exacta del lugar en la que se intercambiarán los gases.

Nariz, nasofaringe, laringe

Vías respiratorias altas, por ellos ingresa y sale aire desde y hacia el medio

ambiente externo. Su función es filtrar grandes partículas inhaladas durante la

respiración.

La tráquea

Estructura tubular se extiende a nivel de la sexta vértebra cervical hasta la quinta

vértebra torácica y se bifurca en la carina. Tiene unos 10 cm de longitud, la mitad se

encuentra en el interior del tórax. Su diámetro es de 1,5 a 2,5 cm, es más estrecha

en las mujeres. Tiene forma una herradura, el lado abierto corresponde a la cara

posterior, compuesta de músculo liso y tejido conjuntivo, la porción curva

constituye la cara anterior y laterales, con anillos cartilaginosos en forma U.

http://www.drscope.com/pac/anestesia-1/b1/an1b1_p5.htm



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Presenta revestimiento mucoso seudoestratificado de epitelio cilíndrico, con

cilios y células caliciformes para realizar las funciones determinadas. Los cilios

siguen la dirección de la corriente del moco hacia arriba dirigido a la faringe. El

moco y el cilio eliminan pequeñas partículas inhaladas. La tráquea humana tiene

una capacidad de 30 ml, que constituyen el 20% del espacio muerto

anatómico.

El calibre puede modificarse pasivamente por compresión externa o bien

activamente por contracción de su músculo liso que esta inervado por los nervios

simpático y parasimpático.

a) Las neuronas simpáticas adrenérgicas activan receptores β2 en el músculo

liso bronquial y produce relajación y dilatación de vías respiratorias. Los

agonistas que producen estos efectos son: adrenalina, isoproterenol y

albuterol, estos relajan las vías respiratorias en el tratamiento del asma.

b) Las neuronas colinérgicas parasimpáticos activan receptores muscarínicos

y causan contracción y contracción de las vías respiratorias.

Estos cambios modifican la resistencia y flujo de aire.

Los bronquios (generaciones de la 1 a la 11)

La bifurcación de la tráquea en la carina no es simétrica; el bronquio derecho es más

amplio y más alineado con la tráquea. De este modo, los cuerpos extraños, los tubos

endotraqueales, o los catéteres de succión es más probable que vayan al interior del

lado derecho que del izquierdo.

El epitelio bronquial es seudoestratificado ciliado, con células de diversos

tipos, dispuestas en varias capas en la tráquea y sólo en una al alcanzar el

bronquiolo terminal. Las células basales asientan en la membrana basal; son

pequeñas y piramidales. Intercaladas entre las basales, las células K

(emparentadas con las de Kulchitsky del intestino delgado) poseen funciones

endocrinas.



104

Carina



105

Las células intermedias, alargadas, descansan sobre las basales y supuestamente

evolucionan hacia las columnares. Las ciliadas se observan desde la tráquea hasta el

bronquiolo terminal y son responsables del transporte mucociliar, que arrastra las

secreciones y detritos hacia la orofaringe. En su polo superior poseen unos 200 cilios,

de 6 mm de longitud y 0,3 mm de diámetro, que baten rítmica y metacrónicamente

desde la profundidad del pulmón al exterior. Los cilios coexisten en la superficie

celular con las microvellosidades, pequeños túbulos que se supone regulan el espesor

de la capa mucociliar.

Las células caliciformes, mucho menos frecuentes en la mucosa sana, sintetizan

gotas de mucígeno, que se reúnen formando una gran vacuola en el polo superior que

se rompe periódicamente para verter la secreción mucosa hacia la superficie

bronquial. Las células clara son, en proporción, más abundantes en los bronquiolos,

y poseen un prominente aparato secretor al que se ha relacionado con la producción

de surfactante, que llevan a cabo las células alveolares tipo II.

Las glándulas bronquiales se encuentran en los bronquios de pared cartilaginosa y

producen la mayor parte de la secreción bronquial. Arracimadas en la submucosa, se

componen de células mucosas y serosas. En sus conductos colectores, que atraviesan

la mucosa hacia la luz bronquial, se encuentran también células mioepiteliales y

células ciliadas.

Están inervadas por las fibras parasimpáticas, procedentes del vago, y las

simpáticas, que surgen de los ganglios cervicales y dorsales superiores, forman

plexos en los hilios pulmonares para seguir el recorrido de los bronquios y vasos

hasta alcanzar los ácinos alveolares y la pleura.

El epitelio bronquial es ciliado columnar, semejante al epitelio traqueal. Sin

embargo, la altura de las células epiteliales disminuye a medida que se

aproximan a los bronquiolos periféricos hasta llegar a ser cuboidales en los

bronquiolos. Durante la espiración forzada, los bronquios mayores (generaciones de

1 a la 4) están expuestos al colapso cuando la presión intratorácica excede los 50 cm

H2O por encima de la presión intraluminal, limitando así la velocidad del flujo

espiratorio máximo.



106

Los bronquiolos (generaciones de la 12 a la 15)

Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos y las bien

desarrolladas bandas musculares helicoidales en las paredes. El diámetro del pasaje

aéreo es alrededor de 1 mm en ese nivel. Debido a la pérdida de la capa de cartílago,

están más propensos a ser comprimidos. Sin embargo, ello se evita por el hecho de

que se encuentran enclavados en el parénquima pulmonar, y no están muy afectados

por las presiónes intratorácicas como sucede en los grandes bronquios. Hasta la

generación 15ª de los pasajes aéreos, los bronquios son aprovisionados por el árbol

vascular sistémico por vía de la circulación bronquial. Más allá de este nivel los

pasajes respiratorios se nutren por la circulación pulmonar. Asimismo por encima de

este nivel, la función principal de los pasajes respiratorios es la conducción del aire y

su humidificación; más allá de este punto, puede presentarse intercambio de gas.

Espacio muerto (vD anat), constituido por el aire que ocupa la vía aérea y que no llega a

los alvéolos pulmonares; por consiguiente, no participa en la difusión o intercambio de

gases. Tiene en cambio la misión de mantener la temperatura, la humedad y la filtración

del gas respirado. Representa aproximadamente 150 ml, o sea una tercera parte del

volumen corriente.

b) Zona respiratoria, lugar donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso. Son estructuras

revestidas de alvéolos

Los bronquiolos respiratorios (generaciones de la 16 a la 19) Los bronquios respiratorios son la zona transicional entre los bronquiolos y los

conductos alveolares. El epitelio de las primeras generaciones es cuboidal, posee

cilios y músculo liso, llega a ser más plano, y eventualmente es similar al epitelio

alveolar en los conductos alveolares. Por lo tanto, hay un intercambio mínimo en

estos primeros niveles, ya que puede contener algunos alvéolos, el cual aumenta hacia

abajo en toda la línea.

Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos y las bien

desarrolladas bandas musculares helicoidales en las paredes.

Lóbulos primarios o unidades funcionales

Esta es el área de los pulmones aprovisionada por los bronquiolos respiratorios de

primer orden. Cada unidad tiene un diámetro de 3.5 mm y contiene alrededor de 2

000 alvéolos. Estas son probablemente las áreas del pulmón que chasquean cuando

un pulmón colapsado se infla durante la toracotomía.

Los conductos alveolares (generación 20 a la 22) y sacos alveolares (generación

23) No existe diferencia funcional entre los conductos alveolares y los sacos alveolares.

Ambos se encuentran cubiertos por el epitelio alveolar. A lo largo de los conductos

alveolares hay una serie de anillos hechos por el septum alveolar. Estos septum

contienen células de músculo liso y se pueden contraer, provocando disminución de

la luz del conducto. La única diferencia entre los sacos y los conductos alveolares

es que los primeros no tienen salida. La mitad de los alvéolos emerge de los

conductos y la otra mitad de los sacos.

Alvéolos

Evaginaciones en forma de bolsa presente en bronquios respiratorios, en conductos y

sacos alveolares. En el hombre, los alvéolos tienen alrededor de 0.2 mm de diámetro.

Son más grandes en las partes superiores de los pulmones que en las partes

inferiores debido al efecto de la gravedad. La pared alveolar de los alvéolos está

hecha de dos capas de células epiteliales alveolares, denominados neumocitos tipo I

y II o células alveolares. El tipo II sintetiza la sustancia tensoactiva del pulmón,



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necesaria para reducir la tensión superficial de los alvéolos, y tienen capacidad para

regenerar ambos tipos de neumocitos; cada una sobre una membrana basal distinta

rodeando la red vascular capilar. Estos capilares se encuentran enclavados entre las

fibras elásticas y colágenas y entre los músculos lisos y los nervios.

Los alvéolos contienen células fagocitarias llamados macrófagos alveolares, los que

conserven libre de polvo y desperdicio, ya que no tienen cilios para ejecutar esa

función. Los macrófagos llenos de desperdicio emigran hacia los bronquiolos de

donde el movimiento de los cilios lleva hacia las vías respiratorias altas y desde allí

pueden ser expectorados o deglutidos.

La molécula de gas que pasa del interior del alvéolo a la sangre tiene que cruzar las

siguientes capas:

1. Una capa única de células epiteliales alveolares con su membrana basal.

2. Un espacio que contiene tejidos conectivos colágeno y elástico.

3. Las membranas basales y las células endoteliales de los capilares. Espacio alveolar. Es el volumen de aire que ventila los alvéolos pulmonares y es el

responsable de la difusión o intercambio de gases. Representa aproximadamente 350 ml.

Esto quiere decir que en cada inspiración hay 350 ml de aire que hacen contacto con la

membrana alveolar; como el adulto respira unas 12 veces por minuto, hay una ventilación

alveolar (VA) de 4 200 ml por minuto. Si respira con una frecuencia de 15, la VA será de

5 250 ml por minuto.

La circulación bronquial, es la encargada de nutrir el parénquima pulmonar y los

bronquios y bronquiolos. Hay dos arterias bronquiales para el pulmón izquierdo y una para

el derecho. Se originan de la aorta torácica. A veces la arteria bronquial derecha se origina

de la subclavia derecha o de la arteria torácica interna. La circulación venosa corre a

cargo de venas bronquiales que drenan a la vena ácigos. A veces, las venas bronquiales

izquierdas drenan a la vena hemiácigos.

La circulación pulmonar, es la encargada de llegar a los espacios capilares alveolares

para participar en la hematosis. Su endotelio responde de manera inversa que la circulación

sistémica a los mismos estímulos (por ejemplo, con el CO2 vasoconstriñe, la circulación

sistémica vasodilata), no posee sistema valvular, las vénulas poscapilares son

estructuralmente idénticas a las arteriolas precapilares. Esta circulación termina en el atrio

izquierdo con sangre arterial que va a la circulación sistémica.

Inervación: Nervios vagos y tronco simpático (T1-8).

2. FUERZA MOTRIZ Los pulmones se expanden y se contraen.

a) Inspiración (entrada de aire)

Es un proceso activo y en ella participan los principales músculos inspiratorios:



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1. Diafragma (es un músculo voluntario, que para funcionar adecuadamente requiere

que el nervio frénico se encuentre intacto, el cual surge del cuarto nervio cervical, y

recibe además ramas de los nervios tercero y quinto cervicales). Durante la

inspiración, el diafragma se contrae moviendo de 10 a 12 cm verticalmente, se

encarga de más de 75% del cambio en el volumen intratorácico e empuja el

contenido abdominal hacia abajo y tira de las superficies inferiores de los pulmones

hacia abajo. Además hace que las costillas se levante arriba y afuera. Esto permite

el incremento del volumen toráxico, la que va llevar consigo una disminución de

presión intratoráxica y el aumento de flujo o ingreso de aire a los pulmones.

2. Los músculos intercostales externos (son once de cada lado, aumentan el diámetro

anteroposterior de la pared del tórax) y los músculos accesorios

(esternocleidomastoideo tira hacia arriba al esternón, serratos anteriores levantan

las costillas y los escalenos elevan las dos primeras costilas) generalmente

participan ayudando la respiración, pero sobre todo en respiraciónes vigorosas.

Estos amplían el volumen de la caja torácica, la presión alveolar se hace inferior a

la atmosférica (negativa) y aparece el flujo inspiratorio. Mientras que los trapecios,

y los músculos dorsales estabilizan a la pared del tórax.

Composición de aire inspirado

Nitrógeno (N2) 78.08 Argón (Ar) 0.93

Oxígeno (O2) 20.93 Bióxido de carbono (CO2) 0.03

Gases raros 0.02 b) Espiración (salida de aire)

La espiración es un proceso pasivo, donde el diafragma y los intercostales externos se

relajan, permitiendo que las propiedades elásticas del parénquima pulmonar provocan el

retorno pasivo a la posición inicial y el flujo espiratorio.

Además, en este proceso participan los músculos rectos abdominales y los intercostales

internos, que realizan trabajo contrario a los músculos inspiratorios.

II. INTERCAMBIO GASEOSO 1) Gradiente de presión

Presiones que producen movimiento de aire dentro y fuera de los pulmones se expresan en

cm. de H2O, por lo que la presión atmosférica es 0 cm. de H20:

a) Presiones en las vías respiratorias



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Durante la inspiración, en las vías respiratorias la presión es de -1 cm. de H20, menor

que la presión atmosférica, lo que permite el ingreso de aire atmosférico. Durante la

espiración, la presión es de + 1 cm. de H20, mayor que el de la atmósfera y permite la

salida del aire.

b) Presiones en los alvéolos

Durante la inspiración, en los alvéolos la presión es de -3 cm. de H20, menor que el de

las de vías respiratorias lo que permite que el aire continúe ingresando. Durante la

espiración, la presión es de +3 cm. de H20, mayor que el de las vías respiratorias y

permite la salida del aire.

c) Presiones transmurales (Ptm)

La presión transmural de vías respiratorias: en la inspiración es de +7 cm. de H20 y

en la espiración es de +4 cm. de H20.

La presión transmural de los alvéolos: en la inspiración es de +5 cm. de H20 y en la

espiración es de +8 cm. de H20.

d) Presiones pleurales

Al igual que en las anteriores, en la pleura también varía las presiones, así durante la

inspiración la presión en el espacio pleural es de -8 cm. de H20 y durante la espiración

es de -5 cm. de H20.

Espiración forzada

Es la contracción forzada de los músculos espiratorios, por lo que la presión en las vías

respiratorias se altera significativamente a +25 cm. de H20 y el de los alvéolos a +35 cm. de

H20; así también el del espacio pleural a +20 cm. de H20. Esta cifras son altamente

peligrosas para enfermos con Neumonía Obstructiva Crónica (NOC) cuyos alvéolos

podrían colapsar, pero ¿porqué los alvéolos de personas sanas no colapsan? Por que la

diferencia de presión transmural es positiva.

Inspiración Espiración



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Se puede calcular la posibilidad de la permeabilidad o el colapso de los alvéolos mediante

la siguiente fórmula:

Espiración forzada en personas sanas:

Ptm = presión vías respiratorias – presión intrapleural

= +25 – (+20)

= +5 cm. de H20 (permite que las vías respiratorias estén abiertos)

Ptm = presión alveolar – presión intrapleural

= +35 – (+20)

= +15 cm. de H20 (permite que los alvéolos estén abiertos)

Espiración forzada en personas con neumonía obstructiva crónica:

Ptm = presión vías respiratorias – presión intrapleural

= +15 – (+20)

= -5 cm. de H20 (permite que las vías respiratorias se colapsen)

Se puede evitar enseñando al paciente a espirar lentamente con labios apretados.

Ptm = presión alveolar – presión intrapleural

= +25 – (+20)

= +5 cm. de H20 (permite que los alvéolos estén abiertos)

Según la ley de Boyle, durante la inspiración, la presión se negativisa en las vías

respiratorias y los alvéolos, es decir, el gradiente de presión es menor que la presión

atmosférica, esta permite el ingreso del flujo de aire hacia el interior de los pulmones, éste

se conoce como volumen de aire corriente (Vt) que aproximadamente es de 500 ml (0.5 L);

por lo que el volumen máximo de inspiración normal va a ser igual a la capacidad funcional

residual (CFR= 2.4 L aproximadamente) más Vt.

Presiones de gases en la inspiración:

Aire vías respiratorias:

PI02

PICO2

Presión parcial de 02 en aire inspirado seco.

Presión parcial de C02 en aire inspirado seco.

160 mmHg

0

Aire alveolar:

PA02

PAC02

Presión parcial de 02 en aire alveolar.

Presión parcial de C02 en aire alveolar.

100 mmHg

0

Espiración forzada en

personas sanas Espiración forzada en

personas con NOC



111

En la espiración, la presión se positivisa y es mayor que el de la atmósfera, por lo que

facilita la salida de aire desde los alvéolos hacia la atmósfera, después de esto el volumen

pulmonar retorna a la CFR por lo siguiente:

Rechazo elástico sobre los pulmones esta disminuido.

Presión intrapleural retorna a su valor en reposo: -5 cm. de H20

2) Superficie funcional de la membrana a) Tensión superficial

Los alvéolos están revestidos por una capa de agua, cuando entra en contacto con el

aire, las moléculas de la superficie de agua experimentan una atracción entre sí muy

fuerte, por lo que dichas moléculas están siempre intentando contraerse para unirse.

Según la ley de Laplace:

Las fuerzas de atracción de las moléculas de líquidos adyacentes son mayores.

Las fuerzas de atracción de las moléculas de líquidos con gas son menores.

Ej. Las burbujas de la solución jabonosa al ser soplado. La tensión superficial crea una

presión que colapsa la esfera.

Entonces ¿los alvéolos están en riesgo de ser colapsados?

Es posible, de acuerdo al tamaño de los alvéolos, los grandes tienen presión colapsante

baja, pero los alvéolos pequeños tienen presión colapsante alta.

Pero este problema se resuelve mediante una sustancia tensoactiva.

b) Sustancia tensoactiva

Es un agente activo de superficie en el agua que reduce notablemente la tensión

superficial del agua y disminuye la presión colapsante en los alvéolos pequeños,

evitando la atelectasia.

Esta sustancia es sintetizado a partir de los ácidos grasos en las células epiteliales

alveolares o conocidos como células de clara o neumocitos tipos II, constituyen el 10%

de la superficie alveolar. La composición exacta de la sustancia tensoactiva aún se

desconoce pero los más importantes son: dipalmitoil – fosfatifil – colina (DPPC), las

apoproteínas del agente tensoactivo y los iones calcio. La molécula DPPC tiene

naturaleza anfipática (hidrófoba e hidrófila), por lo que no se disuelve uniformemente

en el agua sino que se extiende por toda la superficie del agua alveolar gracias a su

naturaleza hidrofílica, mientras que la porción hidrófoba se orienta hacia el aire.

Presión colapsante

baja

Presión colapsante

alta

Alvéolo grande

Alvéolo pequeño

Alvéolo pequeño con

sustancia tensoactiva

Presión colapsante

baja



112

Todos los líquidos tienen una tensión superficial, el agua pura 72 dinas/cm; el líquido

que revisten a los alvéolos, sin agente tensoactivo, 50 dinas/cm; el líquido normal con

agente tensoactivo que recubren a los alvéolos, entre 5 y 30 dinas/cm.

Durante la gestación, la síntesis de sustancia tensoactiva empieza a la 24 ss y

generalmente se encuentran desde las 35 ss. Los alvéolos pequeños tienden a colapsarse

(atelectasia). Los alvéolos grandes permanecen abiertos pero se reduce la superficie de

intercambio gaseoso, por lo que la respiración aumenta y disminuye la ventilación

alveolar generando un desequilibrio entre ventilación y riego sanguíneo e hipoxemia.

3) Volumen respiratorio por minuto Es el aire desplazado hacia dentro y fuera de los pulmones en un minuto, esto se calcula

mediante la siguiente fórmula:

Ventilación minuto (Vm) = Vt x frecuencia respiratoria\minuto (FR)

Vt = volumen de aire corriente (500 ml)

FR= 12 a 15 por minuto

Vm = 500 ml x 12 ó 15\minuto

Vm = 6000 ó 7500 ml.

4) Ventilación alveolar Es la ventilación minuto corregida por el espacio muerto fisiológico y se determina

mediante la siguiente fórmula:

A = (VT – VD) x FR/min

A = (500 – 150) x 12 ó 15

A = 4 200 ó 5 250 ml/min

Volumen del espacio muerto

fisiológico Es el volumen de los pulmones que

no participan en el intercambio de

gases, esto incluye espacio muerto

anatómico (vías respiratorias de

conducción: nariz hasta bronquiolos

que contienen 150 ml de 500 ml del

Vt) más el espacio muerto funcional

(volumen de los pulmones que no

participan en el intercambio

gaseoso), en personas sanas puede

ser 0, pero puede variar y se calcula mediante la siguiente ecuación:

En personas sanas:

VD = 500 x 40 – 40 VD = 0, no hay ventilación desperdiciada.

40

En personas sanas:

VD = 500 x 40 – 0 VD*= 500 ml, no hay intercambio gaseoso.

40

Donde:

A = ventilación alveolar (ml/min)

VT = volumen de aire corriente (500 ml)

VD = volumen del espacio muerto fisiológico

(0 hasta 150 ml) en personas sanas.

FR = 16 ó 17 en un minuto

Donde:

VD = espacio muerto fisiológico

VT = volumen de aire corriente (500 ml)

PaCO2 = presión parcial de CO2 arterial (40 mmHg)

PECO2 = presión parcial de CO2 de aire espirado:

Datos extremos:

En personas sanas = PaCO2 (40 mmHg)

En estados patológicos = estará por

debajo de lo normal hasta 0.



113

Donde:

A = ventilación alveolar (4 200 ó 5250 ml/min)

CO2 = tasa de producción de CO2 (200 ml/min)

PAC02 = presión parcial de CO2 alveolar (mmHg) ¿?

K = constante (863 mmHg)

Donde:

PAO2 = presión parcial de O2 alveolar (¿? mmHg)

PI O2 = presión parcial de O2 inspirado (160 mmHg)

PACO2 = presión parcial de CO2 alveolar (41.1 ó 32.8

mmHg)

R = cociente de intercambio respiratorio (consumo

de CO2/producción de CO2 = 0.8)

* VD puede variar normalmente desde 0 hasta 150 ml, pero cuando la cifra esta por encima

de esa cantidad se considera patológica.

Ecuación de la ventilación alveolar Es la relación fundamental de la fisiología respiratoria y describe la relación inversa entre

ventilación alveolar y la presión parcial del CO2 alveolar (PACO2). Se calcula mediante la

siguiente fórmula:

o despejando,

PAC02 = 200 x 863/ 4 200 ó 5250 ml en un minuto

PAC02 = 41.1 ó 32.8 mmHg, son los niveles normales, si la producción del CO2 aumenta al

doble (400 ml/min), se mantendrá PAC02 en los mismos valores siempre y cuando

se aumente la A de 5 a 10 L, como se aprecia en el gráfico.

Ecuación del gas alveolar

Esta ecuación permite describir la relación entre PACO2 y PAO2. Esta ecuación predice el

cambio de PAO2 que ocurre con un cambio determinado de PACO2. Cuando la A se

reduce a la mitad, la PAC02 se duplica y la PA02 es ligeramente mayor de la mitad. Ésta se

calcula mediante la siguiente fórmula:

PAO2 = 160- 41.1 ó 32.8/0.8

PAO2 = 160 - 51.4 ó 41

PAO2 = 108.6 ó 119 mmHg

La oxigenación es el mejor

índice o parámetro de la

función respiratoria. Una

PaO2 normal indica que la oxigenación de la sangre se realiza eficientemente. Pero la

determinación más útil y la de valor práctico es la PACO2, que refleja directamente la

eficacia de la ventilación alveolar.



114

Valores de PAO2 por debajo de 60 mm Hg a grandes alturas, o de 70 mm Hg a nivel del

mar, indican una hipoxemia de significación, y cuando son inferiores a 50 mm Hg indican

hipoxemia severa que requiere administración continua de oxígeno.

Respirando oxígeno los valores superiores a 150 mm Hg son excesivos y pueden dar lugar a

toxicidad de oxígeno, sin ventaja especial, por cuanto la hemoglobina ya está casi

totalmente saturada por encima de PaO2 de 100 mm Hg.

Volúmenes y capacidades pulmonares a) Volúmenes pulmonares, el volumen se mide con un espirómetro, en la que el sujeto

permanece sentado y respira dentro del espirómetro desplazando una campana, y el

volumen desplazado se registra sobre un papel calibrado.

Volumen corriente (VT): es el volumen de aire inspirado-espirado durante cada ciclo

respiratorio, es de casi 500 ml., incluye volumen de aire en el interior de los alvéolos y

el volumen en vías respiratorias.

Volumen de reserva inspiratorio (IRV): es el máximo volumen de aire que se puede

inspirar por arriba del volumen corriente inspirado, es de 3 000 ml. aproximadamente

Volumen de reserva espiratorio (ERV): es el máximo volumen de aire que se puede

expulsar después que se permite el escape de volumen corriente, es de 1 200 ml.

aproximadamente.

Volumen residual (RV): éste es el volumen de aire que permanece en los pulmones al

final de un esfuerzo espiratorio máximo, es de 1 200 ml. aproximadamente.

b) Capacidades pulmonares, las capacidades incluyen dos o más volúmenes pulmonares.

Capacidad inspiratoria (IC): éste es el volumen que se puede inspirar, empezando a

nivel del final espiratorio. Representa la suma del volumen de reserva inspiratorio más

el volumen corriente, es decir 3 500 ml. aproximadamente.

Capacidad funcional residual (FRC): integrada por volumen de reserva espiratorio

(ERV) más el volumen residual (RV), de (1 200 + 1 200) 2 400 ml. aproximadamente.

Capacidad vital (VC): éste es el máximo volumen de aire que se puede expulsar de los

pulmones después de la más profunda inspiración posible. Representa la suma del

volumen corriente más el volumen de reserva inspiratorio más el volumen de reserva

espiratorio, es decir (500 + 3 000 + 1 200) 4 700 ml. aproximadamente. Es mayor en

varones, aumenta con la talla corporal y disminuye con la edad.

Capacidad pulmonar total (TPC): es la cantidad de aire presente en los pulmones

después de un esfuerzo inspiratorio máximo. Es la suma del volumen residual y de

la capacidad vital, es de 5 900 ml. (4 700 + 1 200) aproximadamente. Subdivisiones del volumen pulmonar. El término capacidad se aplica a una

subdivisión compuesta por dos o más volúmenes.



115

VALORES NORMALES RELACIONADOS A LA FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

SIGLA SIGNIFICADO VALOR

NORMAL

Sangre arterial:

Pa02

PaC02

Presión parcial de 02 en sangre arterial.

Presión parcial de CO2 en sangre arterial

100 mmHg

40 mmHg

Sangre venosa:

Pv02

PvC02

Presión parcial de 02 en sangre venosa.

Presión parcial de C02 en sangre venosa

40 mmHg

46 mmHg

Aire inspirado:

PI02

PICO2

Presión parcial de 02 en aire inspirado seco.

Presión parcial de C02 en aire inspirado seco.

160 mmHg

0

Aire alveolar:

PA02

PAC02

Presión parcial de 02 en aire alveolar.

Presión parcial de C02 en aire alveolar.

100 mmHg

0

Volúmenes y

capacidades:

TPC

FVC

VC

FRC

VT

VD

Capacidad total del pulmón

Capacidad vital forzada

Capacidad vital

Capacidad funcional residual

Volumen de aire corriente

Espacio muerto fisiológico

6.0 L

4.7 L

4.7 L

2.4 L

0.5 L

0.15 L

Constantes:

Patm

PvH20

STPD

BTPS

-

-

Presión atmosférica

Presión de vapor de agua

Temperatura estándar, presión estándar y gas seco

Temperatura corporal, presión ambiente y gas

saturado en vapor de agua.

Solubilidad de 02 en sangre

Solubilidad de C02 en sangre

760 mmHg

47 mmHg (370C)

273oC, 760 mmHg

310 oC, 760 mmHg,

47 mmHg.

0.003 ml 02/100 ml

de sangre/mmHg.

0.03 ml C02/100 ml

de sangre/mmHg.

Otros valores:

-

-

O2

CO2

R

FR

Concentración de hemoglobina

Capacidad de la hemoglobina para unirse a O2

Consumo de O2

Producción de CO2

Cociente de intercambio respiratorio (consumo de

CO2/producción de CO2)

Frecuencia respiratoria

15g/100 ml de sangre

1.34 ml de O2/g Hb

250 ml/min

200 ml/min

0.8

15 respiraciones/min



116

III. TRANSPORTE DE GASES

1) Formas de oxígeno en la sangre El oxígeno se transporta en la sangre de dos formas: disuelto y unido a la

hemoglobina.

a. O2 disuelto en sangre

El oxigeno disuelto esta libre y es el 2% aproximado del contenido del total de

O2 en la sangre. Esta forma de O2 es la única que produce presión parcial y

estimula la difusión de O2.

Según la Ley de Henry, la concentración de O2 disuelto es proporcional a la

presión parcial de O2; la constante de proporcionalidad es la solubilidad O2 en

sangre, 0.003 ml/100 ml de sangre/mmHg. La concentración de O2 se calcula

mediante:

CnO2ds = constante de solubilidad x PaO2

Donde:

CnO2ds = Concentración de O2 disuelto en sangre (¿? mlO2/100 ml)

Constante de solubilidad = 0.003 ml/100 ml de sangre/mmHg

PaO2 = 100 mmHg (normal)

¿Cuál será la concentración de O2 disuelto en sangre para PaO2 normal de 100

mmHg?

CnO2ds = 0.003 ml O2/100 ml de sangre/mmHg x 100 mmHg

CnO2ds = 0.3 ml O2/100 ml de sangre/mmHg

La concentración de O2 disuelto en sangre es insuficiente para satisfacer las

necesidades del organismo, porque en una persona en reposo, el consumo es de

250 ml O2/min.

Para calcular el suministro de O2 en tejidos se usa la siguiente fórmula:

SmO2 = gasto cardiaco x CnO2ds

Donde:

SmO2 = Suministro de O2 ml/min

Gasto cardiaco = 5 litros (5000 ml)

CnO2ds = 0.3 ml O2/100 ml de sangre/mmHg

SmO2 = 5000 ml/min x 0.3 ml O2/100 ml de sangre

= 1500 ml O2 en un min/100 ml de sangre

SmO2 = 15 ml O2/min

Esta cifra (15 ml O2/min), cantidad de O2 disuelto en sangre, no es suficiente

para cubrir las necesidades del organismo en reposo que es de 250 ml O2/min.

Por lo que habría un déficit de 235 ml O2/min.



117

b. O2 unido a la hemoglobina

El 98% del total de O2 en la sangre se encuentra unido a la hemoglobina de

los eritrocitos. La hemoglobina es una proteína que tiene cuatro subunidades.

La hemoglobina del adulto (Hb A) se denomina α2 β2; dos subunidades poseen

cadenas α y dos subunidades tienen cadenas β, y cada uno tiene una fracción

hem con lo que se une una molécula de O2, la hemoglobina se oxigena y se

llama oxihemoglobina; cuando se desoxigena, se conoce como

desoxihemoglobina. Es decir, cada molécula de hemoglobina esta unido con

cuatro moléculas de oxígeno. Para que la fracción hem se una a la molécula de

O2, debe encontrarse en estado ferroso (Fe2+) y no es estado férrico (Fe3+).

Hay ciertas variantes de la molécula de hemoglobina:

Metahemoglobina

La metahemoglobina se caracteriza por que la fraccion hem se encuentra

en estado férrico (Fe3+) y no en estado ferroso (Fe2+). El Fe3+ no se une con

O2. La metahemoglobinemia es una enfermedad congénita donde hay

déficit de la enzima reductasa, la que mantiene el hierro en su estado

disminuido.

Hemoglobina fetal (hemoglobina F, HbF)

En la hemoglobina F, las dos cadenas β están sustituidas por cadenas , por

la que se designa cadena α2 2. La HbF tiene mayor afinidad por O2 que la

HbA, que facilita el movimiento de O2 desde la madre al feto, pero en el

primer año es sustituida por la HbA.

Hemoglobina S

La HbS se caracteriza porque las unidades α son normales y las β

anormales; la nominación es αA2 β

S2. La afinidad de la HbS por el O2 es

menor que la HbA, porque es semejante a una hoz y altera la forma de los

eritrocitos que pueden ocluirse en vasos sanguíneos de pequeño calibre

que conduce a anemia falciforme. Esta es una variante anormal de la

hemoglobina que causa drepanocitemia.

2) Capacidad de unión y contenido de O2 a) Capacidad de unión de O2 (CuO2)

Es la máxima cantidad de O2 que se puede unir a la Hb por volumen de sangre,

asumiendo que la Hb esta 100% saturada (los cuatro grupos hem de la Hb esta unido a

O2). La capacidad de unión de O2 se calcula mediante la fórmula:

CuO2 = cantidad O2 que une 1 g de HbA x concentración HbA en sangre

Donde:

CuO2 = Capacidad de unión de O2 (ml O2/100 ml sangre)

Cantidad O2 que une 1 g de HbA = 1.34 ml O2

Concentración normal de HbA en sangre = 15 g/ml

CuO2 = 1.34 ml O2 x 15 g/100 ml

CuO2 = 20.1 ml O2/100 ml sangre



118

b) Contenido de O2

Es la verdadera cantidad de O2 por volumen de sangre, esto se calcula mediante la

fórmula:

Contenido de O2= (Cu O2 x % de saturación) + O2 disuelto

Donde:

Contenido de O2 = cantidad real de O2 en sangre (ml O2/100 ml sangre)

CuO2 = 20.1 ml O2/100 ml sangre

% de saturación = % de grupos hem unidos a O2 (100, 98, 75, 50, 25)

O2 disuelto = 0.3 ml O2/100 ml de sangre

Contenido de O2= (20.1 ml O2 x 98%) + 0.3 ml O2/100 ml de sangre

Contenido de O2= (20.1 ml O2 x 0.98) + 0.3 ml O2/100 ml de sangre

Contenido de O2= 19.9 ml O2/100 ml sangre

3) Curva de disociación O2 –Hb Cada molécula de Hb esta unido a cuatro moléculas de O2, en esta condición la saturación

es de 100%. Si a la Hb se une solo tres, la saturación es de 75%; si se une dos a la Hb, la

saturación es de 50%; y si solo se une una molécula de O2 a la Hb, la saturación es de 25%.

La saturación de Hb es función de la PO2 en sangre según la curva de disociación O2-Hb,

cuya forma es sigmoide. Es decir, el porcentaje de saturación de los sitios hem no aumenta

de manera lineal a medida que se incrementa la PO2. La saturación aumenta rápido

conforme la PO2 se incrementa de 0 a casi 40 mmHg y se hace lenta entre 50 y 100 mmHg.



119

4) Transporte de dióxido de carbono en la sangre

El CO2 se transporta en la sangre de tres formas:

a) CO2 disuelto

La concentración de CO2 en sangre, según la Ley de Henry, es la presión parcial

de CO2 x la solución de CO2. La solubilidad es 0.03 ml CO2/100 ml

sangre/mmHg. Entonces la concentración de CO2 es 1.2 ml CO2/100 ml sangre

(40 mmHg x 0.03 ml CO2/100 ml sangre/mmHg), aproximadamente el 5% del

contenido total de CO2 en la sangre.

b) CO2 unido a hemoglobina (carbaminohemoglobina)

El CO2 se une a grupos amino terminales como la Hb y proteínas plasmáticas

como la albúmina, esto es casi el 3% del CO2 total.

c) CO2 modificado en forma de bicarbonato (HCO-3), es la más importante.

La cantidad restante del CO2 se traslada en la sangre en forma químicamente

modificada, HCO-3, que aproximadamente es más 90% del CO2 total.

Las reacciones que producen HCO-3 a partir de CO2 indican la combinación de

CO2 y H2O para formar H2CO3. Esta reacción es reversible y catalizada por la

enzima anhidrasa carbónica de la célula, por que el H2CO3 se disocia en H+

HCO-3. La misma enzima permite la hidrogenación y la deshidrogenación de

H2CO3.

CO2 + H20 H2CO3 H+ + HCO-3

Anhidrasa carbónica

Los tejidos, luego del metabolismo aerobio, añaden a la sangre capilar HCO-3

para ser transportada a los pulmones donde se convierte en CO2 y el espirado.

Esto ocurre mediante los siguientes pasos:

1. El CO2 se produce en tejidos por metabolismo aerobio, luego se difunde por

difusión simple a través de la membrana celular hacia el interior de

eritrocitos.

2. La anhidrasa carbónica se encuentra en concentraciones elevadas en

eritrocitos y permite la hidrogenación del CO2 + H20 H2CO3.

3. En los eritrocitos, el H2CO3 se disocia en H+ + HCO-3. el H+ permanece en

los eritrocitos donde es amortiguado.

4. El H+ es amortiguado por la desoxihemoglobina y transportado a la sangre

venosa en esa forma. Existe una útil relación entre la amortiguación del H+ y

el efecto de Bohr. Este efecto indica que la concentración de H+ desplaza a

la derecha la curva de disociación O2 – hemoglobina, lo que facilita la

descarga de O2 de la hemoglobina hacia los tejidos.

5. El HCO-3 producido se intercambia por Cl- a través de la membrana del

eritrocito gracias a la proteína de banda tres (llamado así por su prominencia

en un perfil electroforético de sangre) y es transportado a los pulmones

disuelto en plasma de sangre venosa.

En el pulmón todas las reacciones ocurren de manera inversa.

NIVEL ORGÁNICO · Fisiología Humana Dr. Abner A ... laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos...

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