Disfusión y transporte de gases

1. FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN
Difusión, Transporte de Gases
Dr. Elmer Vásquez Egoávil
Asignatura: Fisiología
2022 – 0

2. 20
60
100
140
INSP ALV ART CAP VEN-M
PO
2
(mm
Hg)
40 mmHg
Gradiente de presión de O2 del ambiente
hasta los tejidos
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3. Procesos físicos responsables de la
respiración
 Difusión:
 Es el movimiento de moléculas de un gas de una alta
concentración a una baja concentración de acuerdo a sus
presiones parciales individuales.
 Convección:
 Es el movimiento de un gas de una alta concentración a una
baja concentración en función del movimiento del medio en
que se encuentra dicho gas.
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4. • En el pulmón:
• Convección: MO2 = Vaire (CiO2 – CeO2)
• En la membrana alveolo-capilar:
• Difusión: MO2 = DL (PAO2 – PaO2)
• En la sangre:
• Convección: MO2 = Vsang (CaO2 – CvO2)
• En los tejidos:
• Difusión: MO2 = DT (PcO2 – PtO2)
Variables del intercambio gaseoso
MO2 = masa de O2; Vaire = volumen de aire; CiO2 = concentración de O2 en aire inspirado; CeO2 = concentración de O2
en aire espirado. DL = capacidad de difusión del pulmón. DT = capacidad de difusión del tejido.
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5. CONVECCIÓN: MO2 = Vaire (CiO2 – CeO2)
MO2 = masa de O2; Vaire = volumen de aire; CiO2 = concentración de
O2 en aire inspirado; CeO2 = concentración de O2 en aire espirado.
Afectado por:
• Resp/minuto,
• Volumen corriente,
• Espacio muerto.
Variables del intercambio gaseoso
En el pulmón:
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6. DIFUSIÓN: MO2 = DL (PAO2 – PaO2)
DL = capacidad de difusión del pulmón; PAO2 = presión de O2 en aire
alveolar; PaO2 = presión de O2 en sangre arterial.
Afectado por:
• Área de superficie,
• Volumen capilar,
• Espesor de la pared alveolar,
• Concentración de Hb.
Variables del intercambio gaseoso
En la membrana alveolo-capilar:
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7. CONVECCIÓN: MO2 = Vsang (CaO2 – CvO2)
Vsang = volumen de sangre; CaO2 = concentración de O2 en sangre
arterial; CvO2 = concent. de O2 en sangre venosa.
Afectado por:
• Latidos/min, • Volumen min,
• CDHb, • 2,3-DPG,
• [Hb], • Distribución de flujo
sanguíneo.
Variables del intercambio gaseoso
En la sangre:
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8. DIFUSIÓN: MO2 = DT (PcO2 – PtO2)
DT = capacidad de difusión de los tejidos; PcO2 = presión de O2 en
sangre capilar; PtO2 = presión de O2 en los tejidos.
Afectado por:
• Área de superficie de las células,
• Densidad mitocondrial,
• Volumen y densidad capilar,
• Concentración de las enzimas respiratorias.
Variables del intercambio gaseoso
En los tejidos:
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9. Difusión
Ley de Fick:
Vg = Dg x A (Palv - Pcp)
d
DL
Donde: A = área de superficie total
Dg = Coef. de difusión del gas
d = distancia recorrida
DL = 25 ml/min/mm Hg
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10. 20/02/2022
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11. 20/02/2022
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12. Medida de la DLCO
 Inspiración única de una mezcla diluída de CO
 Mantener la respiración por 10 segundos.
 Medida de transferencia de CO, y comparación de las
concentraciones en el aire inspirado y espirado.
 Valor normal: 25 ml/min/mmHg
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13. Capacidad de difusion (DL)
 Depende de:
 El componente de membrana
 Área de intercambio
 Distancia de difusión
 Presión parcial
 El componente sanguíneo
 Tiempo de reacción Hb-O2 (flujo sang.)
 Concentración de Hb
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14. TRANSFERENCIA DE GASES
Limitado por Perfusión
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15. Difusión de O2 en Normoxia
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16. Transferencia de gases
 Limitado por Difusión  Limitado por Perfusión
(en tejidos)
PA PA
Pa En pulmón Pa
refleja anormalidad
40
Inicio (long. Capilar) Fin Inicio (long. Capilar Fin
40
100
100
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17.  Limitado por Difusión
 CO:
 Se mantiene el gradiente y la transferencia de gas puede continuar.
 Sólo las características de la membrana alveolo capilar limitan este intercambio.
 Limitado por Perfusión
 N2, CO2, O2:
 El gradiente se pierde rapidamente (PA=Pa).
 La transferencia del gas es en función del flujo.
 Para que continúe el proceso de transferencia del gas DEBE fluir sangre adicional.
Transferencia de gases
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18. Intercambio gaseoso limitado por difusión y por perfusión
Equilibrio ventilación/perfusión se alcanza normalmente
a los 0.25 seg a nivel del mar, a 0.75 seg en altura
 Limitada por difusión a nivel tisular:
 PA>PCAP porque hay poca afinidad por el gas o porque ha sido
captado por la hemoglobina, como en el caso de CO.
 Limitada por perfusión a nivel pulmonar:
 PA = PCAP
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19. Diferencia Alveolo – arterial
 PAO2 - PaO2 Valores normales 5 – 20 mmHg
 Causa:
 El “shunt” anatómico normal
 Ventilación/Perfusión alterada.
 La diferencia A-a aumenta con las enfermedades
pulmonares.
NOTA: Los valores normales varían en 100% O2.
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20. Transporte e Intercambio de Gases
 Membrana Alveolo Capilar:
 Epitelio alveolar, endotelio capilar, espacio intersticial y
sustancia surfactante alveolar.
 Difusión (por diferencia de presiones) de O2 y CO2 en
direcciones opuestas entre alveolos.
 La presión es directamente proporcional a la concentración
de las moléculas del gas.
 Presión de un gas en solución --> Ley de Henry
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21. 20/02/2022
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22. 20/02/2022
EVE 22

23. 20/02/2022
EVE 23

24. Ley de Henry
 [O2] =  . PO2  PO2 = [O2] / 
 = 0.003 ml O2/100 ml.1 mm Hg
Si PO2 = 100 mm Hg
 [O2] = 0.003 x 100 = 0.3 ml/100 ml = 0.3 vol%
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25. Transporte de O2 en la Hb
 4O2 + Hb4  Hb4 (O2)4 reacción reversible
 Hb se combina con 4 moléculas de oxígeno
 2 formas:
 Oxihemoglobina (forma R) y
 Desoxihemoglobina (forma T)
 Forma de transporte muy eficiente
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26. 20/02/2022
EVE 26

27. Oxígeno en la Hb
 (mM) Hb + 4 O2 (mM)
1 mmol Hb = 64.5 g Hb (1 mol Hb = 64,500 gr Hb)
1 mmol O2 = 22.4 ml.
4 x 22.4 ml/mmol O2 / 64.5 g Hb
= 1.39 ml O2/g Hb
 15 g de Hb se combinan con 1.34 ml O2 (VN)
 Capacidad de Hb = 15 x 1.34= 20.1 ml O2 /100 ml
 O2 disuelto [O2] = 0.3 ml O2/100 ml
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28. O2 disuelto
O2 combinado
con Hb
O2 total
0 20 40 60 80 100 600
Po2 mmHg
100
80
60
40
20
0
Sat Hb
(%)
22
18
14
10
6
2
C de O2
ml/100ml
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29. Saturación de la Hb por el O2
 El porcentaje de saturación es el % o grado de
ocupación de grupos Hem unidos a O2
Sat = Contenido de O2 en la Hb x 100
Capacidad de O2
 Sat. arterial = 99 - 97% PaO2 = 100mmHg
 Sat. venosa = 75% Pv02 = 40mmHg
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30. Contenido de O2
 Contenido O2 Hb = Sat O2 x [Hb] x 1.34
= 0.98 x 15 x 1.34
= 19.7 ml O2 /l00 ml
 Contenido de O2 Total =
Contenido de O2 Hb + Contenido O2 disuelto
(Cont O2 dis. = PAO2 x 0.003 = 100 x 0.003)
= 0.3 + 19.7 = 20 ml O2 /l00 ml sangre
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31. Hb: proteína alostérica
 Tiene más de un sitio (4) de unión al ligando.
 Alosterismo cooperativo:
 La unión del 4° ligando es más fácil que la del 1°, gracias a
un cambio conformacional en la molécula.
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32. Hb: proteína alostérica
 La unión con el O2 ocurre debido a pequeños cambios
en la estructura terciaria de los segmentos cerca del
HEM y un gran cambio en la estructura cuaternaria.
 Cambio de la forma:
 T (desoxiHb, tensa) a
 R (HbO2, relajada).
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33. PO2 crítico
27
Significado fisiológico de la forma sigmoidea de la curva
75
40
50
Forma sigmoidea
(Cooperativimo): Afinidad del
hemoglobina por el oxígeno
aumenta progresivamente a
medida que aumenta la PO2 de
la sangre.
Zona de meseta:
Zona de carga (pulmones)
PaO2 > 60 mmHg
Zona de máxima pendiente:
Zona de descarga (tejidos)
PaO2 < 60 mmHg
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34. 20/02/2022
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35. 20/02/2022
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36. 20/02/2022
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37. Efecto Bohr
 El incremento de ácidos o CO2 disminuye el pH del
plasma y mueve la curva de disociación de la Hb hacia
la derecha.
→ un aumento de CO2 promueve una mayor entrega de O2 a los
tejidos a igual PO2.
Efecto Bohr = Dlog P50/DpH
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EVE 37

38. Factores que afectan la capacidad de la Hb
 Cambios en la concentración de Hb
 Presencia de CO
 Formación de metaHb
(el Fe++ se oxida a Fe+++)
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39. Pregunta de examen
 La hemoglobina se satura al 50% con oxígeno a un PO2 de
aproximadamente 27 mm Hg.
 La hemoglobina de la sangre arterial está aproximadamente
97% saturada a un PO2 de 100 mm Hg.
 La unión del oxígeno al HEM convierte el fierro ferroso a
férrico.
 El oxígeno disuelto en sangre es función lineal de la presión
parcial de O2.
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40. Aporte de Oxígeno
 ApO2 = QT(Cart O2 x 10)
= 5L x (20 vol% x 10)
= 1000 ml O2 /min
 Donde:
 QT es el gasto cardíaco o flujo
total de sangre,
 Cart O2:es el contenido de O2
en sangre arterial
 ApO2 disminuye si se reduce:
 La oxigenación de la sangre
 La concentración de
hemoglobina
 El gasto cardiaco
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41. Diferencia a-v en contenido de O2
 CaO2 - CvO2
 CaO2 = 20 vol%; CvO2 = 15 vol%
 CaO2 - CvO2 = 5 vol%
 50 ml O2 / L
50 ml de O2 son extraídos de 1L de sangre para el metabolismo
tisular.
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42. Consumo de Oxígeno
 VO2 = QT(Ca O2 – Cv O2) x 10
= 5L x (5 vol% x 10)
= 250 ml O 2 /min
 250 ml de O 2 son extraídos de
la sangre en 1 min.
 Donde:
 QT es el gasto cardíaco o flujo
sanguíneo,
 Cart O 2 es el cont. de O 2 en
sangre arterial y
 Cven O 2 es el cont. de O 2 en
sangre venosa
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43. Coeficiente de extracción de oxígeno
 Coef. E = (CART O2 - CVEN O2)
CART O2
= 5 vol% = 0.25
20 vol%
 ApO2 = 1000 ml O2 /min
➢ En 1 min, con un ApO2 = 1000 ml O2 /min
➢ Coeficiente de Extracción de 0.25,
➢ 250 ml de O2 son metabolizados por los tejidos y
➢ 750 ml de O2 regresan a los pulmones.
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44. Hipoxia Tisular
 La cantidad disponible de O2 para el metabolismo
celular es inadecuada.
 Existen 4 tipos de hipoxia:
1. Hipóxica (hipoxemia).
2. Anémica.
3. Circulatoria
4. Histotóxica.
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45. Hipóxica (Hipoxemia)
 La Hipoxemia es causada por cuatro razones
principales:
1. Hipoventilación (Enfermedad respiratoria), disminución de
la PO2, respirar menos de 21% de O2.
2. Difusión alterada.
3. Cortocircuitos (“shunts”)
4. Relación Ventilación – Perfusión alterada.
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46. Hipoxia Anémica
 La PaO2 es normal, pero disminuye la capacidad de la
sangre para el O2.
 Es causada por:
 Concentración disminuída de Hb.
 CO
 Meta Hb.
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47. Hipoxia Circulatoria
 La PaO2 y el Contenido de O2 son normales, pero
disminuye la cantidad de sangre y por lo tanto de O2.
 La Hipoxemia es causada por:
1. Disminución de flujo sanguíneo, insuficiencia vascular.
2. Cortocircuitos (“shunts”) arterio-venosos.
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48. Hipoxia Histotóxica
 Es causada por:
1. La incapacidad de los tejidos de utilizar el O2.
2. La PaO2 y el Cont. O2 son normales, pero los tejidos están
muy hipóxicos.
3. La PvO2, el CvO2 y SvO2 pueden estar elevados, pues el O2 no
está siendo utilizado.
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49. Muchas gracias
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