Master en Medicina
Respiratoria
FUNDAMENTOS DE ANATOMÍA,
FISIOLOGÍA Y FISIOPATOLOGÍA
RESPIRATORIA
Dr Esther Barreiro, 14-3-3008
E-mail: [email protected]
Area Temática II: Situaciones fisiopatológicas como substrato de
enfermedades respiratorias de alta prevalencia
TEMA IX
Intercambio de gases: relaciones
V/Q, Gradiente alveolo-arterial O2,
Transporte gases en sangre
ANATOMÍA, FISIOLOGÍA, FISIOPATOLOGÍA
GUIÓN GENERAL:
- Presentación asignatura: Materia perteneciente al módulo de Nivelación (30
ECTS) del Master interuniversitario (UB-UPF) en Medicina Respiratoria. Consta
de 5 ECTs [125 horas totales, con 20 horas presenciales (16%)]
- Metodología: 20 Clases Presenciales, 10 de ellas prácticas, 4 Seminarios
Temas específicos, 2 Seminarios tipo “Journal Club”, 1 Seminario tipo Poster, 1
Seminario Práctico
- Profesorado: Dr José Antonio Pereira, Dr Joaquim Gea, Dr. Esther Barreiro, Dr
Felipe Solsona, IMIM-Hospital del Mar, UPF, Barcelona
- Evaluación del aprendizaje: Cómputo parcial de cada ítem sobre el total de la
nota final :
- Prueba de elección múltiple (PEM): 20 puntos, 20% nota
- Asistencia y participación en los Seminarios específicos: 30 puntos, 30% nota
- Presentación de trabajos en forma de Poster: 20 puntos, 20% nota
- Asistencia y presentación seminario “Journal Club”: 20 puntos, 20% nota
- Asistencia y preparación Seminario práctico: 10 puntos, 10% nota
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA:
- Revistas
- Libros de consulta
TRANSFERENCIA DE
GASES
TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Conceptos :
- Función primordial Pulmón: Garantizar un intercambio adecuado de gases para las
necesidades del organismo:
O2 → demandas metabólicas tejidos, CO2 → eliminación de los tejidos
Estos dos gases junto con el N2 son los gases fisiológicos, movilizados por el pulmón
- Movimiento de forma pasiva de los gases respiratorios a través de la interfase
alveolo-capilar, de grosor muy reducido (0.5 m), superficie > 140 m2
- Presión parcial de un gas en una mezcla: Presión ejercida si ocupara todo el
espacio: Presión total x [gas]
- El paso de moléculas gaseosas a través de la membrana: depende de la presión
parcial del gas en la zona de partida
- Factores contribuyentes en la difusión de un gas:
 Ley de Graham, la tasa de difusión de un gas es inversamente proporcional a la
raíz cuadrada de su densidad
 ↑ Temperatura: > difusión
 Resistencia difusión: relación directa con la longitud e inversa con el área interfase
TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Difusión de Oxígeno:
- Durante el tiempo de tránsito capilar pulmonar normal: Equilibrio en la difusión O2
Captación O2 por el capilar determinada sólo por flujo sanguíneo pulmonar
-En condiciones de ejercicio: la capacidad de difusión puede limitar captación O2
- Factores y Estructuras:
. Espacio gaseoso en alveolo: 200 m, mezcla gases instantánea
. Capa de fluido alveolar: capa fina fluido rico en surfactante
. Barrera tisular: alveolo delimitado por epitelio, con su membrana basal grosor 0.2 m
. Capilares pulmonares: diámetro medio 7 m
. Difusión hematíe: diámetro similar a los capilares
. Captación O2 por Hemoglobina: O2 captado en pulmones combinado químicamente
con Hemoglobina
TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Capacidad Difusión O2 :
- Capacidad difusión O2 = Captación O2 /PaO2 alveolar – PaO2 pulmonar capilar
- Factores determinantes:
. Tiempo tránsito capilar: 0.75 ‘’ tarda el hematíe en atravesar capilar pulmonar en
contacto con alveolo, PaO2 capilar varía según recorrido sangre por capilar pulmonar
. PaO2:
- 40 mmHg PaO2 capilar
- 100 mmHg PaO2 alveolar
- PaO2 eritrocito pasa en 1/3 su recorrido a PaO2 alveolar en pulmón normal
- Ejercicio intenso (↑ flujo sanguíneo pulmonar): en condiciones normales No 
PaO2 alveolar final capilar
- Engrosamiento barrera hemato-gaseosa: < difusión O2   PaO2 capilar
. Curva disociación hemoglobina: Relación entre el O2 – Hb
. Carboxihemoglobina: CO, combustión incompleta materia orgánica, ↑ afinidad por
Hb  dificulta transporte O2  hipoxia tisular; CO-Hb desplaza curva disociación Hb
hacia izquierda, [CO-Hb] < 1.6 % individuos sanos no fumadores
. Medición PaO2 arterial: O2 disuelto en plasma en forma de moléculas libres y sus
cargas eléctricas medidas por electrodo. Movilidad moléculas proporcional a presión
parcial O2  Presión parcial arterial O2 = PaO2
TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Capacidad Difusión CO2:
- Solubilidad en agua mayor que O2
- Sangre venosa: H2O + CO2  HCO3-, CO2 disuelto, fijado a Hb
- Transporte a capilares pulmonares → gas alveolar, gradientes se anulan rápidamente
- Si  PaCO2  > eliminación CO2 (incrementa gradiente) → compensación unidades
malfuncionantes
- Contraste con el transporte de O2, principalmente transportado por Hb, saturación.
Unidades malfuncionantes no son compensadas por unidades saturadas
- Fallo respiratorio: Hipoxia como indicador precoz
Difusión de CO:
- La difusión pulmonar se evalúa mediante la transferencia de CO
- CO atraviesa la barrera alveolo-capilar similar al O2, pero ↑ afinidad Hb  Pparcial
sangre constante
- Paso del hematíe a través del capilar: Pparcial CO en sangre no se modifica
- Cantidad de CO en sangre limitada por las propiedades de difusión de la membrana
alveolo-capilar y no por flujo sangre → Transferencia CO limitada por difusión
- Gradiente difusión: medición presión CO alveolar
- Capacidad difusión por CO = CO transferido / PCO alveolar
- Se utiliza como medida capacidad difusión en la evaluación función pulmonar
TRANSFERENCIA GASES
Causas de Hipoxemia
 Hipoventilación alveolar (AaPO2 normal)
 Desequilibrios
.V /Q.
A
. .
 Cortocircuito intrapulmonar (shunt, VA/Q = 0)
 Alteraciones difusión
AaPO2: gradiente alveolo-arterial de O2= 150 – (PaCO2/0.8)
RELACIONES V/Q
SHUNT
. ..
VA / Q = 0
 PaO2
↑ AaPO2
Normo/hipocapnia
Edema pulmonar
Hemorragia pulmonar
Neumonía
Cáncer
Secreciones
RELACIONES V/Q

SHUNT
. .
 VA / Q = 0
NO MEJORA CON 100 % O2
O2
RELACIONES V/Q
.
.
 Desequilibrios VA / Q
 PaO2
↑ AaPO2
Puede haber hipercapnia
. .
VA/Q =

RELACIONES V/Q

.
.
sí
MEJORA CON 100 % O2
DESEQUILIBRIOS VA / Q
O2
TRANSPORTE GASES
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2

O2
Transporte O2
 Transporte CO2
PO2 aire,
PO2 via aérea,
PAO2,
PaO2,
PO2 mitocondria,
160
159
105
100
mm Hg
mm Hg
mm Hg
mm Hg
1 mm Hg
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte O2 en sangre:
- En condiciones normales: PaO2 venosa mixta en pulmones, 40 mmHg; PaO2 salida
capilar, 104 mmHg; PaO2 arterial media, 100 mmHg; PaO2 en tejidos periféricos, 40
mmHg (consumo O2 en tejidos, 250 O2 ml: 50ml/L sangre)
- Contenido O2 en plasma y sangre: Mayor parte transportado en la Hb, sólo 3 ml/L
disuelto en plasma ( solubilidad gases en agua)
- O2 disuelto en plasma = Coeficiente solubilidad x PaO2 (atm)
- O2 disuelto = 0.024 ml x 0.132 = 0.003 ml O2 /ml plasma = 3 ml O2 /L plasma
- Total O2 transportado en plasma: 3ml x 2.75 L plasma = 8.25 ml O2 totales
- Sin embargo, sabemos que la sangre transporta 200 ml O2/L
- Aporte de 50 ml/L O2 razonable porque disponemos de 200 ml/L
- Sangre venosa: 150 ml/L O2
- Transporte O2 en sangre: 1% disuelto en plasma + 99% hematíes (Hb)
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Hemoglobina transportadora de O2:
- Interior eritrocitos
- PaO2 : 120 mmHg alcanza contenido máximo O2; si PaO2 < 100 mmHg, contenido 
O2 linealmente
- Equilibrio entre O2 unido a Hb y PaO2 ambiental:
. Si PaO2 ↑ → > fijación O2
Curva disociación Hb
. Si PaO2  → > liberación O2
- En condiciones normales: Hb transporta 1.34 ml O2/gramo, Ojo Anemias!!
- Proteína constituida por:
. 1 molécula protoporfirina III (4 grupos pirrólicos)
. Protoporfirina unida a 1 átomo hierro con 6 valencias, 4 ocupadas por los grupos
pirrólicos → Fe++ (ferroso) → Grupo HEM (protoporfirina III + Fe), 2 valencias
. 4 grupos HEM (1 valencia) + Globina → Hemoglobina → Oxihemoglobina (1 valencia)
- Curva de disociación Hb: Forma sigmoidea, desplazamientos derecha ( < afinidad),
izquierda (> afinidad)
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Hemoglobina (Hb)
4 cadenas “hemo” (con un Fe, cada una unida a una cadena polipeptídica
Cada molécula de Hb se puede unir a 4 moléculas de Oxígeno
Fe
Grup “HEMO”
Tetrámero
de
Hb
4 “hemos” + globinas
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
SaO2 (%)
Contenido O2 (ml / 100 ml sangre)
Oxihemoglobina
O2
O2
unido a Hb
en disolución en plasma
PaO2 (mm Hg)
P50:
PaO2 con un 50 % de la Hb saturada
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Efectos de la PaCO2 , pH y To
O2
Unido a Hb
Captación vs Liberación O2
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Contenido de O2 :
Oxígeno total en sangre
CaO2 = O2 transportado por Hb + O2 disuelto plasma
Aporte de O2 :
Oxígeno transportado y disponible en tejidos periféricos
.
OD
(Oxygen Delivery)
= QT
x
O2
CaO2
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Dióxido de carbono, CO2:
- Insuficiencia respiratoria: PaO2 < 60 mmHg o PaCO2 > 45 mmHg
- Insuficiencia respiratoria más cercana por acúmulo de CO2
- En condiciones normales: PaCO2 = 40 mmHg; PvCO2 = 45 mmHg
- Difusión CO2 desde las células: sale por difusión simple a la sangre
- Transporte: disuelto en plasma; formación bicarbonato y compuestos carbamídicos
en plasma o eritrocitos
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte CO2 disuelto en plasma:
- Coeficiente solubilidad CO2 en agua: 0.57 ml/ ml H2O
- Sangre arterial: 3.7 ml CO2/L plasma → 2.75 L plasma x 3.7 ml CO2 = 10.2 ml CO2
- Producción CO2 de las células por difusión: 206 ml/min  5% transporte disuelto
CO2 disuelto→ Mecanismo transporte insuficiente
Transporte formando bicarbonatos en plasma: CO2 + H2O   H2CO3  HCO3- + H+
-Desplazamientos de la ecuación hacia derecha (↑PaCO2 → libera H+), o hacia
izquierda ( CO2 → libera CO2 ó  H+); representa otro 5% transporte
-Reacción accelerada por la Anhidrasa carbónica (No existe en plasma!): desplaza
reacción a la derecha
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte CO2 formando bicarbonatos en eritrocitos:
- ↑ Niveles Anhidrasa Carbónica: Formación HCO3- muy rápida
- Mecanismo mayoritario transporte CO2
- Flujo neto HCO3- hacia exterior eritrocito: 70% salida + 30% permanece interior
Transporte en forma compuestos carbamino en plasma :
-En mínima proporción, CO2 se une al radical amino proteínas plasma
Transporte grupos carbamino interior eritrocito:
- Formación grupos carbamino entre CO2 y radicales amino de Hb = CO2Hb
- DeoxiHB (sangre venosa) forma grupos carbamino más fácilmente que oxiHb (sangre
arterial)
- Hb transporta más CO2 en sangre venosa que arterial, desplaza curva disociación
de O2-Hb a derecha
TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Difusión CO2 a través membrana alveolo-capilar:
- Gradiente de presiones favorece el paso del CO2 desde sangre venosa al alveolo
-  CO2 disuelto  desplazamiento izquierda, grupos carbamino se disocian
- CO2 se libera
- PaCO2 de llegada por arteria pulmonar, 45 mmHg  PaCO2 salida venas
pulmonares, 40 mmHg
FISIOPATOLOGÍA
NEUMONÍAS
NEUMONÍAS
 Hombre, 50 años
Fumador 20 cigarrillos / día
Cuadros gripales en la infancia




Fiebre (38º C), escalofríos, sudoración
Tos, esputos purulentos
Dolor torácico
Ahogo
 Rx: Neumonía + pequeño Derrame Pleural
 Alteración ventilatoria restrictiva
 Hipoxemia
NEUMONÍAS
Área con
Neumonía
Esputo con Neumococos
NEUMONÍAS
NEUMONÍAS
NEUMONÍAS
 Espirometría
Forzada
Volumen
FEV1 76 % ref
FVC 55 % ref
FEV1 / FVC 84 %
FEV1
1 seg
tiempo
FVC
FEV1 > 80 % ref
FVC > 80 % ref
FEV1 / FVC 70 – 80 %
ALTERACIÓN
VENTILATORIA
RESTRICTIVA
NEUMONÍAS
 Gasometría
PaO2 60 mm Hg
PaCO2 42,5 mm Hg
pH
7, 43
Arterial
Hipoxemia
Normocapnia
Estado ácido-base en equilibrio
PaO2 90 - 100 mm Hg
VALORES
PaCO2 35 - 45 mm Hg
NORMALES
pH
7,35 – 7,45
NEUMONÍAS
 SHUNT
. .
( VA / Q = 0 )
Alveolo
“Agua”
Sangre
Pus
Capilar
PaO2
AaPO2 elevado
NEUMONÍAS
 SHUNT
O2
NO MEJORA
CON 100 % O2
PaO2 60 mm Hg
NEUMONÍAS

.
.
sí
MEJORA CON 100 % O2
DESEQUILIBRIOS VA / Q
O2
NEUMONÍAS: DERRAME PLEURAL
 SHUNT por atelectasia
NO MEJORA
CON 100 % O2
Parénquima
Espacio Pleural
O2
PaO2 60 mm Hg
VPH (fenómeno)
PRÓXIMA SESIÓN, DIA 5-4-2008
Área Temática III: Desarrollo de habilidades práticas y críticas basadas en estudios
con gran componente de fisiología y fisiopatología en las enfermedades respiratorias
- Seminario “Journal Club”: 1 hora
- Seminarios Temáticos: Asma, Enfermedades intersticiales y Fibrosis,
Obesidad, Enfermedades pleurales
PRÓXIMA SESIÓN, DIA 18-4-2008
Área Temática III: Desarrollo de habilidades práticas y críticas basadas en estudios
con gran componente de fisiología y fisiopatología en las enfermedades respiratorias
- Posters: Impacto enfermedades cardiacas, Circulación pulmonar, TEP,
Transplante
- Seminario Práctico: Modelos de enfermedades respiratorias en el estabulario
PRBB
- Seminario “Journal Club”: Basado en publicaciones sobre modelos animales
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