SIMULACION EN SISTEMAS BIOLOGICOS SISTEMA RESPIRATORIO

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1 TRABAJO PRACTICO Nº 7 SIMULACION EN SISTEMAS BIOLOGICOS SISTEMA RESPIRATORIO OBJETIVO El objetivo general del TP es que el alumno logre relacionar e integrar los conocimientos y conceptos teóricos mediante la simulación de condiciones fisiológicas, a través de un programa computacional. PROCEDIMIENTO El programa a utilizar es el SimbioSys Physiology Labs (version 3). Este programa es un simulador de sistemas biológicos que, a través de modelos matemáticos, calcula en tiempo real los cambios que se presentarían en las distintas variables fisiológicas al modificar otras variables, administrar fármacos, cambiar las condiciones ambientales, etc. Es fundamental que antes de realizar las variaciones propuestas a lo largo de los ejercicios se realicen predicciones acerca de lo que va a ocurrir con las diferentes variables y luego se contrasten con el resultado obtenido. Abrir el programa y acceder al menú principal. Para el primer ejemplo que se menciona a continuación se explica en detalle el funcionamiento del programa. Por cualquier duda puede consultarse el TUTORIAL, desde este menú. Desde el menú principal (ventana CURRICULUM ) activar sistema respiratorio (The Respiratory System) cliqueando sobre el símbolo (+) de la izquierda. 1. Gases en sangre Contenido de oxígeno en sangre Activar Blood Gas Tranport. Desde aquí podrán consultarse las explicaciones teóricas de todos los temas que aparecen desplegados en este menú y que se encuentran referenciados con el ícono de un libro a la izquierda, al igual que toda explicación teórica en el resto de las rutinas del programa. Utilice este recurso para repasar los conceptos discutidos en clases teóricas. Ir a Exercises Seleccionar Hemoglobin Oxygen Dissociation: curva de disociación de O 2 para la hemoglobina.. Leer la explicación sobre el tema. Debajo del primer gráfico tienen un valor de concentración de hemoglobina que es modificable. Para variarlo, cliquear en el candado de la izquierda para abrirlo. Luego, cliquear sobre el valor de concentración, y nuevamente sobre el cuadrito que aparece en la esquina. Se habilita entonces un deslizador que permite modificar la variable en cuestión: la concentración de hemoglobina en sangre.. Variar los valores de la concentración y observar cómo se ve afectada la curva. Qué ocurre cuando la concentración de Hb es de 0 g/dl?. Discutir los resultados obtenidos. 1

2 Curva de Saturación de la hemoglobina. Ubicarse en la segunda curva (Curva de saturación de la hemoglobina: % de O 2 en la Hb o saturación de la Hb con O 2 vs. PO 2 ). a) Variar la concentración de hemoglobina (primer renglón) y observar los cambios en la curva. b) Variar el parámetro Hemoglobina P50 (abrir previamente el candado y cliquear a la derecha), en valores mayores y menores al normal (26 mm Hg). Observar los cambios producidos en la curva. Cliqueando dentro de ella aparece una cruz que permite identificar los pares de valores que definen cada punto de la curva. c) Retornar el valor de P50 al original (26 mm Hg). Para resetear los valores iniciales o para obtener mayor información sobre las variables, posicionarse sobre cada renglón y cliquear el botón derecho del Mouse ( Reset default values ). A continuación, observar los efectos de la variación de la PCO 2 y la temperatura, uno por vez, reseteando antes de realizar las variaciones. Contenido de CO 2 en sangre y en hemoglobina (Curva de contenido de CO 2 total vs. PCO 2 en sangre) Seleccionar CO 2 content.. Varíe la concentración parcial de oxígeno en sangre (PO 2 ) hasta llevarla a cero (sangre completamente desoxigenada) y observar en cada caso las modificaciones sobre la curva. 2. Transporte sistémico de oxígeno: Activar Systemic oxygen transport Ir a Exercises Hipoxia hipóxica. Este tipo de hipoxia se produce por una menor disponibilidad del oxígeno. Seleccionar Hypoxic hypoxia.. Realizar un cuadro con los valores normales (los del programa) y a continuación abrir el candado de gasto cardíaco (para que no se compense el cambio producido; así se logra mantener fija esta variable). El ejercicio consiste en llevar la FIO 2 a 0,10 y registrar los valores de las otras variables. Haga sus predicciones, conociendo cada una de las variables (lea cada una de ellas y relaciónelas, tómese su tiempo). Finalmente, comparar los resultados obtenidos con los valores normales y sus propias predicciones. 2

3 . Describir e interpretar los cambios en los parámetros en función de las modificaciones realizadas. En qué situaciones normales y patológicas se puede producir este tipo de hipoxia? Referencias de las variables:. CaO 2 : contenido arterial de oxígeno. ERO 2 : tasa de extracción de oxígeno: es el cociente entre el oxígeno consumido por el tejido (VO 2 ) y el entregado desde sangre (QO 2 ). Los valores de estas variables estarán entre 0 y 1.. FIO 2 : fracción de oxígeno en el aire inspirado (es la que modifico en este ejercicio).. Hb: concentración total de hemoglobina en sangre.. QO 2 : oxígeno entregado por la sangre.. SaO 2 : saturación arterial de O 2.. SvO 2 : Saturación venosa de O 2.. VCO 2 : producción de CO 2.. VO 2 : consumo total de O 2 por los tejidos. Hipoxia isquémica. Se origina por la disminución acentuada o ausencia total de flujo sanguíneo, ya sea a una región del cuerpo o en forma generalizada. Seleccionar Stagnant hypoxia. Realizar un cuadro con los valores normales (los del programa) y sus predicciones (considerando si cada variable subirá, bajará o se mantendrá constante); a continuación, para llegar a las condiciones de la hipoxia isquémica, disminuir aproximadamente un 50% el gasto cardíaco (respecto del valor normal). Registrar los valores alcanzados por las variables estudiadas. Completar el cuadro y discutir los resultados obtenidos. Hipoxia anémica. La anemia se produce cuando disminuye la capacidad de transporte de oxígeno por la sangre, ya sea por una menor concentración de hemoglobina o por una deficiencia en la proteína transportadora. Seleccionar Anemic hypoxia. Hacer un cuadro con los valores normales (los del programa) y los que usted predice. El ejercicio consiste en disminuir la concentración de hemoglobina en sangre. Abrir el candado de gasto cardíaco (queda fijo). Para simular esta hipoxia, se realiza una extracción de sangre al paciente, proveyéndole simultáneamente un mismo volumen de plasma (para evitar cambios en la volemia). Para realizar la extracción de sangre ir a Tools, colocarse en Blood Withdrawal y seleccionar 2000 ml de volumen (a extraer) a una tasa de 8000 ml / hora. Para reemplazar la sangre extraída, en Tools vamos a Drug and Fluid Infusor, cliquear el botón + y seleccionar Pharmacy e ir a Fluids, Blood. De allí pasar a Blood Products y seleccionar FFP, colocando una dosis de 2000 ml a una tasa de 8000 ml / hora (esto permite que tengamos el mismo volumen de fluido pero con una menor concentración de hemoglobina). Finalmente, apretar al mismo tiempo el botón rojo (que pasa a verde) de FFP y la barra withdraw blood en Blood Withdrawal. Observar los valores obtenidos y discutir los resultados. 3

4 3. Intercambio de gases en los pulmones. Ventilación pulmonar y CO 2 Activar Lung Gas Exchange Ir a Exercises Seleccionar CO 2 and Ventilation.. Leer la explicación. Hacer un cuadro con los valores normales de todas las variables (el valor normal de ventilación es de 5 L/min). Llevar el valor de ventilación hasta 18 L/min (hiperventilación). Esperar que el sistema se estabilice, observar y anotar en la tabla los valores alcanzados de P a CO 2 (presión arterial de CO 2 ), de ph arterial y de presión arterial media. Partiendo de estos valores en hiperventilación, ir reduciendo la ventilación en 1 L/min hasta alcanzar los 2 L/min (hipoventilación); observar cómo se va formando el gráfico de CO 2 vs Ventilación, punto a punto. Completar la tabla con todos los datos. Al finalizar el ejercicio se puede observar la curva de P a CO 2 vs Ve (Ve: ventilación por minuto). Al igual que para los otros ejercicios, posicionarse sobre cada renglón y cliquear el botón derecho del mouse para resetear los valores iniciales u obtener mayor información. Reinicie el ejercicio si fuera necesario, cliqueando en Reset Simulation al final de la pantalla 4. Estática respiratoria Tensión superficial. Repasar el concepto de tensión superficial y los mecanismos que la generan.. Revisar el concepto de complacencia (valoración de la presión necesaria para lograr el llenado del pulmón). Activar Respiratory Statics. Ir a Exercises Seleccionar Water Surface Tension.. En el primer ejercicio se debe llevar a cero (0) la tensión superficial de la película de agua.. En el segundo ejercicio se debe poner en cero (0) la cantidad de surfactante (o sea, maximizar la tensión superficial de la película de agua). Analizar el gráfico en cada uno de los ejercicios. Observar las variaciones en el parámetro relacionado, la complacencia. A continuación deben completar de manera esquemática y resumida cada uno de los resultados que fueron obteniendo en los diferentes ejercicios. Discusión. Interpretar los resultados u observaciones aplicando los conceptos teóricos y efectuando relaciones entre los parámetros estudiados. Analizar qué variaciones se deben directamente a la manipulación realizada y cuáles son consecuencia indirecta. Indicar si existe una variable que parezca importante mantener constante (cuando corresponda) y cuáles son los cambios compensatorios que realiza el sistema. Contestar las preguntas planteadas en los ejercicios. En todos los casos en los que hayan podido verificar las justificaciones planteadas para los resultados obtenidos, indicar que parámetros buscaron y que resultados obtuvieron. 4

5 INFORME TP Nº7: SIMULACION EN SISTEMAS BIOLOGICOS: SISTEMA RESPIRATORIO Integrantes: 1. Gases en sangre A-Contenido de oxígeno en sangre Discuta los resultados obtenidos 21 g/dl 13.6 g/dl 6 g/dl 0.6 g/dl B-Curva de saturación de la hemoglobina A qué se debe la forma sigmoidea de la curva? Se modifica la curva al variar la concentración de Hb? Por qué? Esquematice los cambios en la curva al cambiar la PCO 2 Qué relación tiene este cambio con el efecto Bohr? Qué factores contribuyen a una disminución en la afinidad de la Hb por el oxígeno? ( P 50 )? En qué situaciones puede ser importante este efecto? 5

6 C-Curva de contenido de CO 2 total vs. PCO 2 A qué atribuye las diferencias de esta curva respecto a la de Contenido de O 2 en sangre? Esquematice los cambios en la curva al variar la presión de O 2 A qué se deben? Qué relación tiene este cambio con el efecto Haldane)? 100 mm Hg O 2 0 mm Hg O 2 2- Transporte sistémico de O 2 : Hipoxias Esquematice con flechas o con el signo = las predicciones y las variaciones observadas en los diferentes parámetros. Justifique brevemente. Variables Normal Pred Hipóxica Pred Isquémica Pred Anémica CaO 2 Gasto Cardíaco ERO 2 FIO 2 Hemoglobina QO 2 SaO 2 SvO 2 VCO 2 (normaliz) VO 2 (total) 6

7 Qué conclusión puede extraer respecto a la relación entre el O 2 entregado vs. el O 2 consumido (ERO 2 )? 3- Intercambio de gases en los pulmones: Ventilación pulmonar y CO 2 Qué ocurre con el ph y la PaCO 2 al variar la ventilación (considerar tanto hiperventilación cómo hipoventilación)? A qué lo atribuye? A qué puede deberse el cambio en la presión arterial? 4- Estática respiratoria: Tensión superficial Esquematice los cambios provocados en la curva al variar la tensión superficial y la concentración de surfactante Discuta los resultados obtenidos 7