MecánicaMecánica y y DinámicaDinámica …

1 Mec nica y Din mica pulmonarTransporte de GasesMec nicaMec nicay y Din micaDin micapulmonarpulmonarTransporte de Transporte de GasesGasesFabiola Fabiola Le nLe n--VelardeVelarde, , de Ciencias Biol gicas y Fisiol gicasLaboratorio de Transporte de Ox geno (LDTA-LID)Instituto de Investigaciones de la Altura (IIA)Universidad Peruana Cayetano Heredia 2060100140 INSP ALV ART CAP VEN-MNANNMG radiente de presi n de O2del ambiente hastalos ,500 mPO2(mm Hg)STPD ATPS BTPSP1 x V1T1P2 x V2T2=ATPS !STPDV2 x P2 x T1T2 x P1V1 =P2 = (760 mm Hg PvH2O)T1 = temp. absoluta en oKelvinT2 = temp. ambiental en oKelvinP1 = 760 mm HgPV = nRTSi nR son constantes:STPD ATPS BTPSP1 x V1T1P2 x V2T2=ATPS !

2 BTPSV2 x P2 x T1T2 x P1V1 =V2 = volumen del espir metroP2 = (760 mm Hg PvH2O)T1 = temp. absoluta en oKelvinT2 = temp. ambiental en oKelvinP1 = (760 mm Hg - PvH2O en los pulmones 47 mmHg)PV = nRTSi nR son constantes:PROCESOS FISICOS RESPONSABLES DE LA RESPIRACI N DIFUSI N: Es el movimiento de mol culas de un gas de una alta concentraci n a una baja concentraci n de acuerdo a sus presiones parciales individuales. CONVECCI N: Es el movimiento de un gas de una alta concentraci n a una baja concentraci n en funci n del movimiento del medio en que se encuentra dicho el pulm n:CONVECCI N: MO2= Vaire (CiO2 CeO2)En la membrana alveolo-capilar:DIFUSI N: MO2= DL (PAO2 PaO2)En la sangre:CONVECCI N: MO2= Vsang (CaO2 CvO2)En los tejidos:DIFUSI N: MO2= DT (PcO2 PtO2)Variables del intercambio gaseosoVariables del intercambio gaseosoCONVECCI N: MO2= Vaire (CiO2 CeO2)MO2= masa de O2; Vaire = volumen de aire; CiO2= concentraci nde O2 en aire inspirado; CeO2 = concentraci n de O2 en aire por: resp/min, volumen corriente, N: MO2= DL (PAO2 PaO2)DL = capacidad de difusi n del pulm n; PAO2= presi n de O2 en aire alveolar.

3 PaO2 = presi n de O2 en sangre por: rea de superficie, volumen capilar, espesor de la pared alveolar, concentraci n de del intercambio gaseosoCONVECCI N: MO2= Vsang (CaO2 CvO2)Vsang = volumen de sangre; CaO2= concentraci n de O2 en sangrearterial; CvO2 = concent. de O2 en sangre por: latidos/min, volumen min, CDHb, 2,3-DPG, [Hb], distribuci n de flujo sangu N: MO2= DT (PcO2 PtO2)DT = capacidad de difusi n de los tejidos; PcO2= presi n de O2 en sangre capilar; PtO2 = presi n de O2 en los por: rea de superficie de las c lulas, densidad mitocondrial, volumen y densidad capilar, concentraci n de las enzimas ntos par metros pueden variar?Contenido arterial de O2total (plasma)es influenciado por: Composici n del aire inspirado Ventilaci n alveolar Frecuencia y profundidad de la ventilaci n Resistencia de las v as a reas Distensibilidad pulmonar Difusi n del O2entre los alveolos y la sangre Area de superficie pulmonar Distancia de difusi n Espesor de la membrana alveolo-capilar Volumen de flu do intersticial Adecuada relaci n ventilaci n/perfusi nCu ntos par metros pueden variar?

4 Contenido arterial de O2total (hemoglobina)es influenciado por: Saturaci n de la Hb pH Temperatura 2,3 DPG Sitios de uni n para el O2 Contenido de Hb por gl bulo rojo N mero de gl bulos rojosVentilaci nVentilacion minuto (VE):VE= (VT) x resp/min (FR)Ventilacion alveolar minuto (VA) y espaciomuerto (VD):VA= (VT VD) x FRVA= (450ml 150) x 12 = 3,600 ml Aire nuevo = Volumen + EspaciotidalMuertoVT = volumen tidalVD = ventilacion del espacio muertoEcuacion del gas alveolar:PAO2= [PB PH2O] FIO2 PACO2 RQPIO2= [PB PH2O] x FIO2RQ = VCO2VO2PB = presion barometricaPH2O = presion de vapor de aguaFIO2= concentracion fraccional de ox geno inspiradoPaCO2= presion arterial de anhidrido carbonicoRQ = couciente respiratorioVCO2= eliminacion de CO2VO2= consumo de O2 PIO2= 150 mm HgPAO2= 100 mm HgEcuacion de la ventilacion alveolar.

5 VA= VCO2x KPICO2= mm HgPACO2 PACO2= 40 mm HgPACO2= VCO2x KVAVD= VTx PaCO2- PexpCO2 PaCO2 PaCO2- PexpCO2 = fPaCO2f = expresa la dilucion del PACO2por el aire del espacio VAx FACO2o VCO2= VEx FECO2 FACO2= concentracion fraccional de anhidrido carbonico alveolarFECO2= concentracion fraccional de anhidrido carbonico espiradoVCO2= eliminacion de CO2Gr fica de la Vent alveolar a VCO2constante21018 VA(L/min)2060 PACO2(Torr)40 VCO2=200 ml/minVCO2=400 ml/minRespuestaRespuestaAgudaAguda Aumento inmediato de la ventilaci n (VE) en respuesta a la del SNC (impulsospor seg.) vs. PaO2 Incremento hiperb licode VE en funci n de la disminuci n de PaO2La ventilaci n aumenta en reposo y por cada nivel de ejercicioRESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL CO2 Controla la presi n normalPACO2 = +3 mm HgVent Para un valor dado de PAO2 mm HgPACO2, la ventilaci n37aumenta cuando la m s2020 30 40 50 PACO2 RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL O2 Para un valor dado de PAO2< 100 mm Hg,Ventla ventilaci n aumenta s lo cuando el PACO250 PACO2 mm Hges mayor que lo normal El efecto combinado de 30de ambos est mulos es 48mayor que cada uno por 43separado.

6 103640 60 80 100 120 PAO2La acci n inmediata de la hipoxia de altura :La estimulaci n de los quimioreceptores carot deoscon dos consecuencias ..- hiperventilaci n- activaci n del sistema adren rgicoLa ventilaci n aumenta de manera instant nea, pero esta limitada por la inhibici n central :HipoxiaHipocapniaAlcalosisQuimiorecepto resQuimioreceptoresperif ricosperif ricosQuimioreceptoresQuimioreceptorescen tralescentralesHiperventilaci n---La ventilaci n contin a aumentando durante toda la estad aen altura: es el fen meno de aclimataci n por compensaci n renal de la alcalosis y la reducci n de la inhibici n central- por aumento de la quimiosensibilidad perif ricaHipoxiaHipocapniaAlcalosis +/-compensadaQuimioreceptoresQuimiorecep toresperif ricosperif ricosQuimioreceptoresQuimioreceptorescen tralescentralesHiperventilaci n--Depresi n Ventilatoria Hip xica(DVH) Es la disminuci n de la respuesta ventilatoria a la hipoxia cuando sta se prolonga de 5 30 n Ventilatoria Hip xica(DVH) Ocurre tambi n en isocapnia.

7 !no se explica solamente como la disminuci n de la ventilaci n secundaria a la hipocapniaasociada a la respuesta ventilatoria Flujo sang. cerebralHiperventilaci n CO2 CO2 el est muloparala ventilaci nDepresi n Ventilatoria Hip xica(DVH) Afecta primariamente el volumen tidal, pero no la generaci n del ritmo. Se observa la disminuci n de la ventilaci n y la actividad del nervio fr nico pero no en otras v asmotoras n de la respuestaventilatoria a la en los nativos y residentes de las grandes JV et al. J Clin Invest 50:186-95, 1971 Atenuaci n de la RVH Tambi n se observa en pacientes con enfermedadesrespiratorias cr nicas. En humanos es una respuesta adquirida, pero ?con un componente gen tico? Posibles mecanismos: La hipoxia induce cambios en los CC (Weil, 1986)"cambia la sensibilidad al O2de los CC#la sensibilidad del SNC a los est mulos de los CC (Powell, 1998) Aumenta la inhibici n dopamin rgicaen los CC (Weil, 1986)4080120 PETO2 , mm Hg10203040 PETCO2 , mm HgNANNMC ambios en el PCO2en respuesta a la ventilatoria al CO2 Vol menesPulmonaresVol.

8 Pulmonares en hipoxia aguda < 4,000 m., no cambia VR, CRF, CPT > 4,000 m., CRF y CPT Por p rdida de retractibilidad > 4,000 m., VR Por leve edema pulmonar (las v as se cierran antes delfinal de la espiraci n) o por p rdida de retractibilidad Aumenta la ventilaci n voluntaria m xima Por reducci n de la densidad del aireNNMNA2468 Vol menes pulmonares, l BTPSCVVREN HIPOXIA CR NICA: Capacidad vital (CV) y volumen residual (VR)Flujo pulmonar y resistenciaen hipoxia aguda > 4,000 m., FEP1, pero menos que la vent. m xima El flujo es exhalado a menor volumen tor xico, , a menor flujo m ximo La resistencia de las v as a reas disminuye (17%) Desde el 2do d a en la altura Debido a la disminuci n de la densidad del aire y en la actividad de los sistemas 2-adren rgico y colin rgicoFlujo pulmonar y resistenciaen hipoxia cr nica La resistencia de las v as a reas no cambia Sin embargo, el nativo de altura tiene pulmonesde mayor capacidad, con esta correcci n, la resistencia deber a ser menor que a nivel de la Respiraci nVentilaci n (l/min)Potencia (cal/min)HIPOXIA AGUDAHIPOXIA CRONICA-En funci n de la ventilaci n!

9 No se modifica-En funci n del ejercicio!potencia mec nicarequerida es <(menor ventilaci n)Difusi n del O2entre losalveolos y la sangreCAPACIDAD DE DIFUSI N(DL)DEPENDE DE:-El componente de membrana- rea de intercambio- distancia de difusi n- presi n parcial-El componente sangu neo- tiempo de reacci n Hb-O2 (flujo sang.) - concentraci n de Hb Limitado por Perfusi nTRANSFERENCIA DE GASESD ifusi n de O2en NormoxiaLa integral de Bohr permite cuantificar la capacidad y el tiempo de oxigenaci n pulmonar. dPcO2/DLO2=(PAO2-PcO2)/Qb. dPcO2, cambio en la PcO2cuando cambia la DLO2a lo largo de los capilarespulmonares; DLO2, tasa de transferencia difusiva por una diferencia de presi n parcialefectiva; Q es el flujo capilar pulmonar y es el coeficiente de capacitancia de la la ecuaci n: Q.

10 DPcO2= (PAO2-PcO2) . el estado estable, la difusi n de O2del aire alveolar a los capilares pulmonares es igual al transporte de O2por la sangre. Integrando la ecuaci n con l mites apropiados, donde x/xo es el valor fraccional de la longitud del capilar pulmonar que va de 0 a (x) / PAO2-PvO2= - (DLO2/Q. ) . (x/xo)PcO2en funci n de la longitud del capilar pulmonarVariables relacionadas a la circulaci n pulmonaren nativos de nivel del mar y de altura (4,500 m)PA, , Torr40 , , ml/min/Torr6072Q, l/min55D/Q C. y Le n-Velarde, 2003 Nivel del marAlturaTRANSFERENCIA DE GASES Limitado por Difusi n Limitado por Perfusi pulm n refleja anormalidad50 Inicio (long. Capilar) FinInicio (long. Capilar Fin100 mm Hg100 mm HgTRANFERENCIA DE GASES Limitado por Difusi n Se mantiene el gradientey la transferencia de gaspuede lo las caracter sticas de la membranaalveolo capilar limitan este intercambio.)