FISIOLOGIA PULMONAR. El aire ambiente esta compuesto de una mezcla de varios gases como nitrógeno (N 2

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1 FISIOLOGIA PULMONAR INTRODUCCION La fisiología pulmonar esta compuesta por varios procesos complejos e interesantes que permiten oxigenar a la sangre proveniente de la arteria pulmonar y enviarla a través de las venas pulmonares, además de eliminar el dióxido de carbono proveniente del metabolismo celular. Sin embargo para que estos procesos se presenten de una manera óptima es necesario que exista tanto una buena ventilación alveolar como una perfusión capilar pulmonar adecuada. Aunque la relación ventilación perfusión no es igual en todas las áreas del pulmón existen situaciones patológicas que modifican obstensiblemente estas relaciones. Introducción Altitud y Presión Parcial Corto Circuito Espacio Muerto Objetivos Procedimiento Preguntas del seminario.pdf (Acrobat Reader).TXT (Archivo de Texto).PDB (isilo - Palm OS) En este laboratorio usted tendrá la oportunidad de observar como los cambios en la ventilación pulmonar o en la perfusión capilar generan cambios significativos en las diferentes variables pulmonares. I. ALTITUD, PRESIÓN PARCIAL Y FRACCION INSPIRADA DE O2 (PiO2) El aire ambiente esta compuesto de una mezcla de varios gases como nitrógeno (N 2 ), oxígeno (O 2 ), y argón (Ar). También está compuesto de una pequeña fracción de agua (H 2 O) and dióxido de carbono (CO 2 ), y otros constituyentes menores. Cada molécula se encuentra en cierto porcentaje con relación a las otras en la mezcla de gases. Así el aire contiene 20.93% de oxígeno, 0.93% de argon, 0.03% de dióxido de carbono y 78.11% de nitrógeno. Este porcentaje se denomina la fracción del gas en le mezcla.

2 Se denómina presión barométrica a aquella ejercida por la columna de aire que se encuentra encima nuestro. Esto significa que a medida que aumenta la altitud, la presión barométrica desciende. Si bien es cierto que a medida que la altitud es mayor el aire se vuelve menos denso, las fracciones de los distintos gases permancecen constantes. Cada gas contribuye a la presión baromética de manera directamente proporcional a su fracción. El producto de la fracción de un gas por la presión atmosférica se utiliza para definir la presión parcial de ese gas. En el caso del aire inspirado la presión parcial del oxígeno sería equivalente a la fracción del oxígeno en el aire por la presión atmosférica. Es decir que la presión inspirada de oxígeno sería: P IO2 = F IO2 P atm Debido a que el aire es humidificado en las vías aéreas se debe corregir la adición de la presión generada por el vapor de agua del tal forma que en realidad la Presión Inspirada de Oxígeno que llega al alvéolo sería igual a: P IO2 = F IO2 (P atm - P H2O ) Si tenemos en cuenta que la F IO2 en el aire ambiente es del 20.93%, la presión barométrica a nivel de mar es 760 mmhg y la presión del vapor de agua a temperatura corporal es 47 mmhg, podemos calcular la presión inspirada de oxígeno: P IO2 = 20.93% * (760 mmhg - 47 mmhg) Si hace los cálculos podrá comprobar que en este caso la presión inspirada de oxígeno es igual a 149 mmhg. Con base en esta ecuación usted puede deducir como se modificará la presión inspirada de oxígeno con los cambios de altitud. También puede calcular como obtener una presión inspirada de oxígeno determinada con base en la fracción inspirada. En laboratorio podrá modificar la altitud y observar los cambios pulmonares. II. CORTO CIRCUITO (SHUNT) Se define como corto circuito la transferencia de sangre desde la circulación derecha a la circulación izquierda sin pasar por las unidades de intercambio gaseoso. Este fenómeno ocurre cuando los alvéolos no son ventilados porque existe una obstrucción distal a ellos, se encuentran llenos de líquido u obliterados o porque existe una comunicación vascular directa entre el sistema venoso y arterial. En estas situaciones la sangre que no ha pasado por áreas ventiladas entra nuevamente a la circulación sistémica o la sangre venosa se mezcla a nivel

3 extrapulmonar con la sangre arterial. En los pulmones normales se presenta el corto circuito en cierta medida ya que parte de la sangre arterial bronquial que ha irrigado la pared de las grandes vías termina en las venas pulmonares y una pequeña cantidad de sangre drena del miocardio del ventrículo izquierdo directamente hacia la cavidad del ventrículo. Estas dos situaciones reducen la PaO2 sistémica En la figura anterior usted puede ver ilustrado un ejemplo de corto circuito a través de dos vías en el pulmón. Parte de la sangre pasa a través de alvéolos que no son ventilados (corto circuito) en la región de la izquierda, mientras que en la parte derecha si pasa a través de alvéolos que son ventilados. En el primer caso la sangre venosa mixta que se encuentra saturada en un 60%, sale del capilar pulmonar con la misma saturación, mientras que en el segundo caso si se satura en un 100%. Si tenemos en cuenta que el resultado final va a ser la mezcla de la sangre oxigenada con la sangre que pasa por el corto circuito tendremos una saturación de aproximadamente el 80% al final de su paso por el pulmón. Esto indica que un paciente con estas condiciones presentará una hipoxemia severa. Ecuación del Corto Circuito Cuando el cortocircircuito se produce por la adición de sangre venosa mixta a la sangre oxigenada venosa que proviene del capilar pulmonar, es posible calcular la cantidad de flujo que proviene de este corto mediante la siguiente ecuación: La cantidad de oxígeno que sale de la circulación sistemica es igual al gasto cardíaco (Flujo sanguíneo total -> Qt) multiplicado por el contenido arterial de oxígeno: Q t C ao2 (Recuerde que el contenido arterial de oxígeno (CaO2) corresponde a la suma del oxígeno unido a la hemoglobina mas el oxígeno disuelto en el plasma. El primero es proporcional a la saturación arterial de oxígeno, mientras que el segundo proporcial a presión arterial de oxígeno (CaO2 = (Hgb x 1.39 x SaO2) + (0,003 x PaO2))

4 El oxígeno del corto circuito sería igual al flujo por este sistema (Qs) multiplicado por el contenido venoso de oxígeno: Q s C vo2 Ahora el oxígeno que si pasa en los alveolos ventilados sería igual a la diferencia de ambos flujos (Q t -Q s ) multiplicado por el contenido capilar de oxígeno (CcO2): (Q t -Q s ) C c'o2 Podemos afirma que la cantidad de oxígeno que sale del sistema es igual a la suma de la porción que pasa por el cortocircuito mas la porción que pasa por los alveolos ventilados; es decir: C ao2 Q t = C vo2 Q s + C c'o2 (Q t -Q s ) Si factorizamos la ecuación en términos de Qs a la izquierda y Qt a la derecha obtenemos que: Q s (C c'o2 - C vo2 ) = Q t (C c'o2 - C ao2 ) Si reorganizamos la ecuación podemos afirmar que: Q s / Q t = (C c'o2 - C ao2 ) / (C c'o2 - C vo2 ) En la práctica el problema con esta ecuación es que no es fácil medir la presión capilar de O2 (C c'o2 ), para calcular el Contenido Capilar de Oxígeno. Por esta razón se utiliza la ecuación de la presión alveolar de O2 para estimar este parámetro y sustituirlo en la ecuación del contenido capilar de oxígeno: P AO2 = P IO2 - P ACO2 /R donde la P AO2 es la presión alveolar de O2, P IO2 es la presión inspirada de O2, P ACO2 es la presión alveolar de CO2, and R el cociente respiratorio. La gráfica que encuentra a continuación resume todos los componentes de la ecuación de corto circuito.

5 Durante la práctica usted tendrá la oportunidad de modificar experimentalmente el cortocircuito y observar como se modifican las diferentes variables pulmonares. III. ESPACIO MUERTO Se define como espacio muerto las vías aéreas o los avéolos que son ventilados mas no perfundidos. Un ejemplo típico de este fenómeno ocurre en las vías aéreas de conducción, que deben movilizar el aire durante un ciclo respiratorio pero que no intercambian oxígeno y dióxido de carbono en el capilar pulmonar. La ventilación del espacio muerto es la porción de la ventilación minuto que no participa en el intercambio de gases. Suponga que se presenta un aumento en el espacio muerto de un paciente. Si el paciente aumenta su ventilación total para compensar este aumento en el espacio muerto, no se presentará ninguna alteración. Sin embargo si el paciente permanece con una ventilación constante y es incapaz de aumentarla, se disminuirá la ventilación alveolar y si se presentará un aumento en la PaCO2. El espacio muerto tiene dos componentes: Espacio muerto anatómico: Es el volumen de las vías aéreas de conducción. Su valor normal es alrededor de 150 ml. Espacio muerto fisiológico: Es una medida funcional del volumen de los pulmones que no intercambia CO2. En sujetos normales este valor es similar al espacio muerto anatómico. El espacio muerto representa ventilación perdida y en pacientes con enfermedades ventilatorias obstructivas y restrictivas esto puede representar un serio problema debido a su incapacidad de incrementar su ventilación minuto. La siguiente ilustración esquematiza de una manera muy sencilla el espacio muerto:

6 Ecuación del Espacio Muerto Bohr describió un método para calcular el espacio muerto fisiológico con base en la premisa que todo el CO2 espirado proviene del gas alveolar y ninguno del espacio muerto (debido a que en él no se realiza intercambio). Es decir: V T F ECO2 = V A F ACO2 (1) Donde VA corresponde al volumen corriente que proviene de la ventilación alveolar que realiza intercambio (produce CO2) Recuerde que el volumen corriente es igual a la suma del volumen alveolar mas el volumen del espacio muerto: V T = V A + V D Que es lo mismo que decir: V A = V D - V T Ahora si sustituimos VA en la primera ecuación (1), tendremos que: V T F ECO2 = (V D - V T ) F ACO2 (1) Factorizando y reorganizando la ecuación podemos decir que: V D / V T = F ACO2 - F ECO2 / F ACO2 Como la presión parcial de un gas es proporcional a su concentración se puede afirmar que: V D / V T = P ACO2 - P ECO2 / P ACO2

7 Y como en sujetos normales la PCO2 arterial es idéntica a la alveolar, se puede decir: V D / V T = P aco2 - P ECO2 / P aco2 Esta relación entre el espacio muerto y el volumen corriente es normalmente entre 0.2 y Es decir que el espacio muerto fisiológico normalmente oscila entre un 20% a un 35% del volumen corriente. En la práctica podrá modificar el espacio muerto anatómico y fisiológico para analizar como se modifican los diferentes parámetros pulmonares. IV. SIMULADOR (Simbiosys) Este laboratorio lo desarrollará utilizando una aplicación desarrollada para el PC llamada Simbiosys Physiology Labs. Este programa es un simulador de sistemas biológicos que a través de varios modelos matemáticos, calcula en tiempo real los cambios que se presentarían en las distintas variables fisiológicas cardiovasculares, pulmonares y renales, al modificar otras variables, administrar fármacos, cambiar las condiciones ambientales, etc. En la sección de procedimiento encontrará las instrucciones necesarias para ejecutar el simulador y abrir los archivos necesarios para desarrollar el laboratorio. V. OBJETIVOS Una vez finalizada la práctica de laboratorio y el seminario correspondiente el estudiante debe estar en capacidad de: 1. Identificar el funcionamiento general del programa Simbiosys Physiology Labs. Conocer como modificar los distintos parámetros fisiológicos para observar los cambios correspondientes. 2. Comprender la diferencia entre fracción inspirada de oxígeno, presión barométrica, presión inspirada de oxígeno y aprender a calcular esta última con base en los dos primeros parámetros. 3. Entender la diferencia entre espacio muerto anatómico y fisiológico. Saber calcular el espacio muerto fisiológico con base en la ecuación de Bohr. 4. Entender la diferencia entre cortocircuito anatómico y fisiológico. Conocer el método para calcular el corto circuito. 5. Diferenciar los cambios que se presentan en parámetros pulmonares como el volumen corriente, la PaO2, la SaO2, al PCO2 y el Ph arterial, cuando se modifica el corto circuito o el espacio muerto.

8 6. Reconocer los cambios que presentan en la curva de disociación oxígeno hemoglobina de acuerdo a los cambios en la altitud, el espacio muerto y el corto circuito que se desarrollan durante la práctica. 7. Conocer de acuerdo a las características fisiopatológicas ejemplos de situaciones clínicas que aumenten el espacio muerto o el corto circuito. VI. MATERIALES * 1. Computador compatible PC 2. Software Simbiosys Physiolgy Labs V Archivo "Labresp.SIM" * Todos los materiales los encontrará en la sala de computo del segundo piso en el edificio de morfología. VI. PROCEDIMIENTO 1. En el escritorio de Windows encontrará un acceso directo al programa "Simbiosys Fisiology Labs v.3.0". Haga doble clic sobre este ícono. 2. En el menú "File" encontrará un item que dice "Load Physiological State". Seleccionelo y abrá el archivo "fispum.sim" que se encuentra guardado en el directorio "c:\flabs". Si tiene dificultades para abrir este archivo consulté a sus monitores. 3. Aparecerá una ventana que dice "Loading a simmulation will delete any existing viewers. Are you sure you want to do this?". Presione el botón "Ok" 4. Este archivo abrirá varios páneles como: Shunt (cortocircuito), Dead Space (espacio muerto), Arterial Blood Gases (Gases Arteriales), Volumen / FR, Curva disociación O2 / Hb, Altitud y Curva Flujo / Volumen. Identifique los valores que aparecen en cada panel. Efecto de la altitud 5. Espere a que el ph arterial se estabilice alrededor de 7.40 y la PaCO2 en 40 mmhg. Si el ph arterial no se estabiliza alrededor de 7.4, seleccione en el menu "Simulation" el item "Reset Physiological State", y posteriormente haga clic sobre el ícono en forma de candado que se encuentra al lado del item "PCO2" en el panel "Curva disociación". 6. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y seleccione "Pause" 7.Haga clic en el ícono en forma de cámara que aparece en los páneles "Curva

9 disociación", "Arterial Blood Gases", "Volumen / FR" y "Altitud". Anote el número que aparece en la opción "Time" del panel "Altitud". 8. En el panel altitud en el item "altitude", haga clic sobre el valor y modifique este parámetro a Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y seleccione "Normal". 10. De acuerdo al valor de tiempo que anoto en el paso 7, espere 30 segundos, repita el paso 6 y analice los cambios en los diferentes parámetros pulmonares como Volumen Corriente, PaCO2, PaO2, ph arterial y curva de disociación O2 y hb. Repita el paso 9 y espere otros 90 segundos. Analice nuevamente los cambios pulmonares 11. Puede repetir nuevamente los pasos 2 al 11, pero cambiando la altitud en el punto Discuta con sus compañeros y su monitor que tipo de situaciones en la vida real se aproximan al experimento realizado. Aumento del corto circuito 12. Repita los pasos del 2 al Haga clic en el ícono en forma de cámara que aparece en los páneles "Curva disociación", "Arterial Blood Gases", "Volumen / FR" y "Altitud". 14. Presione ícono en forma de candado que se encuentra al lado del item "Shunt, Alveolar" en el panel "Shunt". Haga clic sobre el parámetro que tiene un valor de "0.0%" y coloque un valor del 30%. En este casos usted va a simular una situación clínica que aumente radicalmente el cortocircuito fisiológico. 13. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y seleccione "Normal". 14. Espere al menos 60 segundos de acuerdo al parámetro "Time" del panel "Altitud". 15. Nuevamente seleccione "Pause" en la simulación. Analice los cambios en los diferentes parámetros pulmonares como Volumen Corriente, PaCO2, PaO2, ph arterial y curva de disociación O2 y hb. En especial revise los parámetros de PAO2 y d(a-a) de O2. Discuta con su monitor porque se presentan estos cambios. 16. Puede repetir nuevamente los pasos 12 al 15, pero cambiando la magnitud del corto circuito. 17. Algunas situaciones patológicas pueden modificar el corto circuito tal como

10 fué simulado en esta sección de la práctica. Averigue cuales podrían ser y como se manifestarían clínicamente. Aumento del espacio muerto 18. Repita los pasos del 2 al Haga clic en el ícono en forma de cámara que aparece en los páneles "Curva disociación", "Arterial Blood Gases", "Volumen / FR" y "Altitud". 20. Presione ícono en forma de candado que se encuentra al lado del item "Dead Space, Alveolar" en el panel "Dead Space". Haga clic sobre el parámetro que tiene un valor de "2.0%" y coloque un valor del 30%. En este casos usted va a simular una situación clínica que aumente considerablemente el espacio muerto fisiológico. 21. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y seleccione "Normal". 22. Espere al menos 60 segundos de acuerdo al parámetro "Time" del panel "Altitud". 23. Nuevamente seleccione "Pause" en la simulación. Analice los cambios en los diferentes parámetros pulmonares como Volumen Corriente, PaCO2, PaO2, ph arterial y curva de disociación O2 y hb. En especial revise los parámetros de relacionados con la gasimetría arterial. Discuta con su monitor porque se presentan estos cambios. 24. Puede repetir nuevamente los pasos 12 al 15, pero cambiando la magnitud del espacio muerto. 25. Recuerde que es el espacio muerto fisiológico y analice que condiciones clínicas pueden aumentar el espacio muerto. VII. PREGUNTAS PARA RESOLVER DURANTE EL SEMINARIO 1. Calcule la presión inspirada de oxígeno en los siguientes puntos geográficos: Monte Everest (8850 m. PB: 231 mmhg) La Paz (3510 m. PB: 474 mmhg) Bogota (2600 m. PB: 560 mmhg) 2. Calcule la presión inspirada de oxígeno en bogotá si modifica la fracción inspirada de oxígeno a: 30%, 40% y 50%. 3. Explique los cambios que se presentan en los diferentes parámetros pulmonares a medida que una persona asciende sobre el nivel del mar.

11 4. Cual es el porcentaje normal de corto circuito y espacio muerto en una persona normal. 5. Mencione al menos dos situaciones clínicas que puedan aumentar el espacio muerto y dos el corto circuito. 6. Que variables pulmonares se modifican al aumentar el espacio muerto y el corto circuito. Explique por que se presentan esos cambios. 7. Un paciente tiene los siguientes parámetros pulmonares: PaO2: 45 mmhg PvO2: 30 mmhg SaO2: 75% SvO2: 45% FIO2: 45% PB : 760 mmhg Hb: 11 g PaCO2: 30 mmhg PECO2: 10 mmhg R = 1 a. De acuerdo al método de Bohr, calcule porcentaaje de espacio muerto fisiológico que tiene este paciente. b. Cálcule el porcentaje de cortocircuito que este tiene este paciente. c. Si el volumen corriente de este paciente es de 500 ml, cual será su volumen de espacio muerto. VIII. BIBLIOGRAFIA 1. Fisiología Respiratoria. John B. West. Sexta Edición. Editorial Medica Panamericana. 2. Simbiosys Physiology Labs v. 3. Curriculum. The Respiratory System (software) 3. Essentials of Human Physiology. Respiratory Physiology. W.F. Hoffman, D.C. Meyer ( Retornar a la página de Guias de Laboratorio

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