Este documento describe los procesos fisiológicos de la respiración. Explica que la respiración tiene como función primaria el transporte de oxígeno y dióxido de carbono. Detalla los factores que influyen en cada paso de la respiración, como los pulmones, la sangre y los tejidos. Además, explica los procesos físicos como la difusión y convección que son responsables del intercambio gaseoso, y los elementos clave de la inspiración y espiración.

1. BIOFÍSICA
RESPIRACIÓN

2. ROL DEL SISTEMA RESPIRATORIO
Primario:
Transporte de O2 y de CO2.
Secundario:
1. Equilibrio Ácido - Base
2. Protección (bacterias, trombos)
3. Regulación Hormonal: ECA, ON

3. Last update: 16/04/01

4. FACTORES FISICOS Y FISIOLOGICOS QUE
INFLUYEN CADA PASO DE LA RESPIRACIÓN
Medio Externo: PO2 inspirado
Pulmones: ventilación, difusión y corto circuitos
entre sangre arterial y venosa.
Sangre: flujo sanguíneo, concentración y afinidad
de la hemoglobina por el oxígeno.
Tejidos: capilaridad
Células: mioglobina, mitocondria y enzimas

5. PROCESOS FISICOS 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.

6. ELEMENTOS DE LA RESPIRACÓN
Inspiración: Espiración:
- Activa - Pasiva
- Presión Negativa - Recogimiento
- Expansión de elástico
cavidad torácica
y diafragma
RESPIRACIÓN Anatomía:
- Pared
torácica
Ley de Boyle: - Mús. Resp.
(P1 x V1 = P2 x V2)
- presión - Diafragma
- volumen - Cav. Torácica

7. Presiones pulmonares
Presión
Atmosférica
PL Presión
PT Intrapleural
PR Presión
Alveolar
PL = Presión Transpulmonar = P. Alveo. - P. Intrap.
PT = Presión Transtorácica = P. Intrap. - P. Atm.
PR = Presión Respiratoria = P. Alveo. - P. Atm.

9. INSPIRACIÓN
Músculos respiratorios expanden la pared torácica.
El diafragma desciende.
Expansión de la caja toráxica.
presión intrapleural.
Expansión los pulmones
Entrada del flujo de aire.
presión alveolar.
Entrada de flujo de aire.

10. ESPIRACIÓN
Justo antes de la espiración:
La presión alveolar es igual a la presión
atmosférica.
Luego:
Recogimiento elástico de los pulmones.
Presión alveolar es vuelve mayor que la presión
atmosférica.
Salida de flujo de aire.

11. Características Dinámicas del pulmón:
RESISTENCIA (R)
Q (L /min) = P (mm Hg o cm H2O)
R (mm Hg / L / seg)
Ley de Poiseuille: n = viscosidad
R = 8nl l = longitud de V.R.
r4 r = radio de V.R.
Si r (x2) R (x16)
Si R (x16) Q (x16)

12. Localización de
la Resistencia

13. Flujos en las vías aéreas
• Flujo laminar:
• Bajas tasas de flujo.
• Las líneas de corriente son paralelas a la pared
del tubo.
• Flujo transicional:
• Inestabilidad en las ramificaciones.
• Formación de remolinos locales
• Flujo turbulento:
• Desorganización total de la línea de corriente.

15. Ventilacion minuto (VE):
VE = (VT) x resp/min (FR)
Ventilacion alveolar minuto (VA) y
espacio muerto (VD):
VA = (VT – VD) x FR
VA = (450ml – 150) x 12 = 3,600 ml
Aire nuevo = Volumen + Espacio
tidal Muerto
VT = volumen tidal
VD = ventilacion del espacio muerto

16. Ecuacion del gas alveolar:
PAO2 = [PB – PH2O] FIO2 – PaCO2
RQ
PIO2 = [PB – PH2O] x FIO2 PIO2 = 150 mm Hg
PAO2 = 100 mm Hg
RQ = VCO2
VO2
PB = presion barometrica
PH2O = presion de vapor de agua
FIO2 = concentracion fraccional de oxígeno inspirado
PaCO2 = presion arterial de anhidrido carbonico
RQ = couciente respiratorio
VCO2 = eliminacion de CO2
VO2 = consumo de O2

17. 3000 cc
500 cc
1100 cc
1200 cc

18. • Es la relación existente entre la ventilación
y el flujo sanguíneo dentro de los
pulmones.
• La [O2] o la PO2 en cualquier unidad
pulmonar está determinada por la relación
entre la ventilación y el flujo sanguíneo.
Asimismo para el CO2 y el N2.

19. • Las diferencias regionales en el pulmón
afectan la localización de algunos tipos de
enfermedades.
• El flujo sanguíneo aumenta del vértice a la
base.
• La ventilación aumenta del vértice a la
base.
• La relación ventilación-perfusión aumenta
desde un valor muy bajo en la base, hasta
un valor muy alto en el vértice.

22. FLUJO PULMONAR
• Es igual al gasto cardiaco (5 L/min)
VARIA POR:
– Los cambios de la presión arterial
– La Distensibilidad del árbol vascular
– Los efectos hidrostáticos de la gravedad

23. Gases
• Consisten en moléculas muy separadas
en el espacio.
• Las moléculas de los gases están en
constante movimiento caótico.
• La temperatura se considera como una
medida de la Energía Cinética Promedio
de todas las moléculas.
• La Presión de un gas resulta de los
choques de las moléculas del gas con las
paredes del recipiente que las contiene.

25. Leyes de los Gases
• Ley de Boyle (1660):
“La presión de una cantidad fija de gas es
inversamente proporcional al volumen que
ocupa, siempre y cuando se mantenga la
temperatura constante”.
P0 x V0 = P1 x V1

26. Leyes de los Gases
• Ley de Gay-Lussac (1808):
“Si mantenemos constante la presión, los
cambios de volumen que experimentan
una cantidad fija de gas son directamente
proporcionales a los cambios de
temperatura”.
V0 V1
=
P0 P1

27. Composición del aire
atmosférico
Oxígeno 20.98%
Dióxido de Carbono 0.04%
Nitrógeno 78.06%
Otros 0.92%

28. Composición del aire a nivel del mar
• A nivel del mar la presión es de 760 mm. Hg.
(1 atmósfera).
• La presión parcial de los gases a nivel del mar
:
Oxígeno: 0.2098 X 760 = 159.44 mm. Hg.
CO2: 0.0004 X 760 = 0.30 mm. Hg.
Nitrógeno: 0.78 X 760 = 593.26 mm. Hg.
Otros 0.9 X 760 = 6.99 mm. Hg.

29. Presión del Vapor de Agua
• Cuando el aire penetra en las vías
respiratorias, el agua de estas vías se
evapora y el aire se humidifica.
• La presión del vapor de agua depende de
la temperatura del agua:
a 0° es de 5 mm Hg.
a 37° es de 47 mm Hg.
a 100° es de 760 mm Hg.

30. Ley de Henry
• Las moléculas atraídas por el agua se
disuelven más sin producir un exceso de
presión en la solución.
• Cuando las moléculas son repelidas se
desarrolla presiones excesivas con pocas
moléculas disueltas.
Concentración de gas disuelto
Presión =
Coeficiente de solubilidad

31. Ley de Henry
• Coeficiente de Solubilidad:
Oxígeno 0.024
Dióxido de Carbono 0.57
Monóxido de Carbono 0.018
Nitrógeno 0.012
Helio 0.008

32. Leyes de los Gases
Gracias a las leyes de Boyle y Gay
Lussac conocemos las relaciones que hay
entre la presión, el volumen y la
temperatura de un gas. Cuando
combinamos las 3 propiedades tenemos
la Ecuación General de los Gases:
P0 X V0 = P1 X V1
T0 T1

34. 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

35. Capacidad de Difusión de la
Membrana Respiratoria
“Volumen de un gas que difunde a través de
la membrana por minuto para una diferencia
de presión de 1 mm Hg.”

36. Capacidad de Difusión del
Oxígeno
• La capacidad de difusión de O2 es de 21
ml. / min / mm. Hg.
• En ejercicio vigoroso la capacidad de
difusión del O2 se eleva hasta 65
ml. / min / mm. Hg.

37. Capacidad de Difusión del
Dióxido de Carbono
• El coeficiente de difusión es 20 veces la
del O2.
• La capacidad de difusión en reposo es de
400 a 450 mL /min / mm. Hg.
• En el ejercicio es de 1200 a 1300
mL / min/ mm. Hg.

38. Difusión de los Gases
• La presión parcial de cada gas tiende a
forzar a sus moléculas a disolverse.
• Primero en la membrana alveolar y
después en la sangre de los capilares.
• A la inversa, las moléculas del mismo gas
ya disueltas en la sangre escapan de
nuevo a los alvéolos.
• La difusión neta está determinado por la
diferencia entre las 2 presiones parciales.

39. Difusión de los Gases
La difusión neta está afectada por:
1. Diferencia de presión.
2. Solubilidad del gas en el líquido.
3. El área transversal de los vasos.
4. La distancia que ha de recorrer el gas
que difunde.
5. El peso molecular del gas.
6. La temperatura del líquido.

40. Difusión de los Gases
Difusión neta:
ΔP X A X S
D
d X PM
• D = Tasa de difusión.
• ΔP = Diferencia de presión.
• A = Área transversal de los vasos.
• S = Solubilidad del gas.
• d = Distancia de difusión.
• PM = Peso molecular del gas.

41. Coeficiente de Difusión
Relativa
Oxígeno 1.0
Dióxido de Carbono 20.3
Monóxido de Carbono 0.81
Nitrógeno 0.53
Helio 0.95

45. Aire Alveolar
• No tiene la misma concentración de gases
que el aire atmosférico.
• El aire alveolar es sustituido parcialmente
por aire atmosférico en cada respiración.
• Se está absorbiendo continuamente O2
del aire alveolar.
• El CO2 está difundiendo desde la sangre a
los alvéolos.

46. Aire Alveolar
• En cada espiración los primeros 150 mL
corresponden al aire del espacio muerto y
el resto (350 mL) es aire alveolar.
• Para analizar el aire alveolar debe
tomarse la última porción del aire
espirado.

47. Concentración y Presión
Parcial de O2 en los alvéolos
• Cuanto más rápido se absorbe el O2,
menor es su concentración en los
alvéolos.
• Cuanto más se respira O2 nuevo desde la
atmósfera, mayor se vuelve su
concentración.
• La concentración de O2 y su presión
parcial está controlado por la tasa de
absorción de O2 a la sangre y por la tasa
de entrada de nuevo O2 a los pulmones.

48. Concentración y Presión
Parcial del CO2 en los alveolos
• El CO2 se forma continuamente en el
organismo y se descarga en los alvéolos.
• Se elimina de los alvéolos por la
ventilación.
• La presión de CO2 alveolar aumenta en
proporción directa a la tasa de excreción
de CO2 .
• La presión de CO2 disminuye en
proporción inversa a la ventilación
alveolar.

49. Transporte de O2 y CO2 en la
sangre
• Una vez que el O2 ha difundido de los
alvéolos a la sangre se transporta
combinado con la hemoglobina (Hb).
• La Hb permite transportar 30 a 100 veces
más O2 del que podría transportarse en
forma de O2 disuelto.
• El CO2 es transportado de las células a
los pulmones combinado con sustancias
químicas en la sangre que aumenta su
transporte de 15 a 20 veces.

52. Difusión de Oxígeno a las
Células
• Las células siempre están utilizando O2.
• La Po2 intracelular siempre es menor que
la Po2 capilar.
• La Po2 intracelular varía entre 5 y 40 mm
Hg. Siendo el promedio de 23 mm Hg.
• Sólo se requiere 1 a 3 mm Hg de O2 para
los procesos químicos celulares.

53. Difusión de Dióxido de
Carbono desde las Células
• El CO2 se forma a partir del O2.
• Su difusión es en dirección opuesta a la
del O2.
• El CO2 puede difundir unas 20 veces más
rápido que el oxígeno.
• Por esta mayor difusión necesita de
menor presión que el O2.

56. Transporte de Oxígeno
• Existe 15 g de Hb por 100 mL de sangre.
• Cada gramo de Hb libera 1.34 mL de O2.
• En 100 mL de sangre arterial, con una
saturación de Hb del 100%, la Hb libera
20 mL de O2 ó 20 vol. %.
• En la sangre venosa, con una Po2 de 40
mm Hg y saturación de Hb de 75%, la Hb
liga 14.4 mL de O2 ó 14.4 vol. %.
• O sea, en condiciones normales se
transporta 5 mL de O2 a los tejidos por
cada 100 mL de sangre.

58. Curva de Disociación de la
Oxihemoglobina
• A medida que aumenta la Po2 en sangre,
aumenta el porcentaje de O2 ligado a la
Hb. Es el porcentaje de saturación de la
Hemoglobina.
• En la sangre arterial la Po2 es de 95
mm Hg y la saturación de O2 es del 97%.
• En sangre venosa la Po2 es de 40 mm Hg
y la saturación de la Hb es del 75%.

60. Curva de Disociación de la
Oxihemoglobina
• Desplazamiento a la derecha:
1. Disminución del pH.
2. Aumento de la concentración de CO2.
3. Aumento de la temperatura de la
sangre.
4. Aumento del 2,3 difosfoglicerato.
• Desplazamiento a la izquierda:
1. Incremento del pH.
2. Gran cantidad de Hb. fetal.

62. 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.

63. Transporte del Dióxido de
Carbono
• Se transportan 4 mL de CO2 desde los
tejidos a los pulmones por cada 100 mL
de sangre.
• Sale de la célula en forma de CO2 y en los
capilares realiza varias reacciones físicas
y químicas.
• 2.7 mL ó 2.7 vol% de CO2 se transporta
por la sangre venosa y 2.4 mL por la
sangre arterial, o sea, 0.3 mL se
transporta de manera disuelta (7%).

65. Transporte del Dióxido de
Carbono
• El CO2 en la sangre reacciona con el agua
para formar ác. carbónico.
• Cataliza la reacción la Anhidrasa
Carbónica de los hematíes.
• A su vez el ác. carbónico se disocia en
hidrogeniones e ión bicarbonato.
• Los H+ se combinan con la Hb., los iones
bicarbonato difunden del hematíe al
plasma intercambiando con el ión Cl-.
• Este tipo de transporte representa el 70%.

67. Transporte del Dióxido de
Carbono
• El CO2 reacciona con radicales amino de
la Hb para formar :
carbaminohemoglobina (CO2Hb).
• Este tipo de transporte representa el 23%.