DIFUSIÓN - TRANSPORTE DE GASES EN SANGRE. Material de uso interno

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1 DIFUSIÓN - TRANSPORTE DE GASES EN SANGRE Material de uso interno 2010

2 Hoy hablaremos de: * Leyes de los gases: aspectos aplicados * Hematosis ó intercambio alvéolo-capilar * Transporte de gases en sangre

3 LEY DE BOYLE - MARIOTTE ( T = cte ) V P = cte P 1 V 1 = P 2 V 2 O sea, a temperatura constante, P y V varían inversamente Ejemplo fisiológico: VENTILACIÓN PULMONAR

4 LEY DE CHARLES - GAY- LUSSAC (P = cte ) V = cte. T IMPORTANTE: La temperatura se mide siempre en escala Kelvin, que tiene un cero absoluto T = tº V 1 V = ---- = cte T 1 T 2 0ºC = 273 ºK 37ºC = 310 ºK APLICACIONES FISIOLOGICAS:

5 * Al inspirar, el aire frío se calienta a 37ºC y su expansión contribuye al llenado pulmonar. Por ej.: 500cc V 2 273º K 310º K = V 2 = 568cc * Menor contenido de O 2 en aguas cálidas

6 Si al calentar un gas se impide que varíe su volumen, la presión aumente 1/273 de P 0 por cada ºC de aumento de temperatura (coeficiente de Presión). Se pone en evidencia la interdependencia entre P y V, ya que ambos coeficientes son iguales A Presión constante: V t = V 0 (1 + α.t), donde α = 1/273 de V 0 A Volumen constante: P t = P 0 (1 + α.t), donde α = 1/273 de P 0 APLICACIÓN: DESCOMPOSICIÓN CORPORAL

7 ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES P. V = n. R. T P en atm V en l n = Nº de moles R = l atm/ºk mol T en ºK

8 EJERCICIO: Cierto animal de experimentación respiró normalmente del espirómetro durante un minuto, obteniéndose un Vcorr = 0.4 l y la frecuencia respiratoria fue de 16 ciclos/min. La temperatura del laboratorio fue de 25ºC y la presión fue de 760 mm Hg. Cual fue el consumo de O 2 por minuto? 0.4 x 16 = 6.4 l de aire/min 6.4 x 0.2(20% del aire es O 2 ) = 1.28 l de O 2 /min PV = nrt P.V 1 atm x 1.28 l O 2 n = = = moles O 2 R.T l atm/ºk. mol x 298ºK El resultado debe ser dividido por el peso del animal para filtrar el efecto del tamaño

9 PRINCIPIO DE AVOGADRO Volúmenes iguales de gases diferentes, en las mismas condiciones de T y P, contienen el mismo número de moléculas Así, 1 l de cualquier gas a 273 ºK y 1 atm contendrá x moléculas (número de Avogadro) V molar = l a TPN (273ºK, 1 atm)

10 LEY DE DALTON o DE LAS PRESIONES PARCIALES En una mexcla de gases, la P T = ΣP P, o bien: cada gas se comporta como si estuviera solo P t = P 1 + P P N P t = n 1 RT V + n 2 RT V n N RT V P t = ( n + n n ) 1 2 N RT V P t = n t RT V

11 COROLARIO: La fracción de la presión ejercida por uno de los gases es igual a la fracción molar de dicho gas n A p A n A = p A = p T = F A p T n T p T n T P A = F A. P T ΣF i = 1 Estas fórmulas son válidas solo para gases SECOS ESTO TIENE IMPORTANTES APLICACIONES EN FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

12 COMPOSICIÓN DEL AIRE ATMOSFÉRICO Nitrógeno % Oxígeno % Argón 0.93 % Anhídrido Carbónico 0.03 % Neón % Helio % Criptón % Hidrógeno % Ozono % Xenón %

13 Cuanto vale la presión parcial del O 2 atmosférico seco? Del cuadro anterior, tenemos O 2 = 20.95% po 2 = x 760 mmhg = mm Hg

14 En la práctica, el aire atmosférico siempre tiene humedad, y además, éste se satura de vapor de agua al ingresar a las vías respiratorias durante la inspiración. La humedad es líquido disuelto en una mezcla gaseosa, y no puede considerarse un gas más dentro de la mezcla. Las partículas de agua disuelta ejercen una presión llamada Tensión de Vapor de Agua (T H2O ). La tensión máxima de vapor de agua (atmósfera saturada de humedad) sólo depende de la temperatura, y para 37ºC vale 47 mm Hg.

15 Para calcular la presión de un gas en aire húmedo, debemos descontar la T H2O a la presión total: P a = (P T - T H2O ). F a EJERCICIO: En el aire alveolar, el O 2 representa el 14.5%. Cuanto vale la po 2? po 2 = (760-47) x = mm Hg 100 mm Hg

16 LEY DE HENRY El volumen de un gas libre disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial de dicho gas V x (ml%) = K x. P x K x (constante de solubilidad del gas x) es el volumen de gas que se disuelve en UN cm 3 de líquido a STPD.

17 En el plasma sanguíneo y a 37ºC y 760 mm Hg, tenemos: K O2 K CO2 K N2 = cm 3 de O 2 / cm 3 de plasma = cm 3 de CO 2 / cm 3 de plasma = cm 3 de N 2 / cm 3 de plasma Por lo tanto, en la sangre arterial: 100 V O2 disuelto = cm 3 O 2 / cm 3 plasma x x ml % 760 EJEMPLO FISIOLÓGICO: NARCOSIS DE PROFUNDIDAD

18 En el caso del O 2, la sangre arterial lleva en realidad 20 ml %, y no 0.3 ml% Lo que ocurre es que de los 20 ml % de O 2, 0.3 ml% viajan como gas disuelto. El restante 19.7 ml% corresponde a OXÍGENO COMBINADO con la HEMOGLOBINA, otra especie química. O sea, la enorme mayoría de O 2 viaja en sangre combinada con la Hb y no como gas libre. Sin embargo, la disolución física es esencial ante de combinarse. Ningún intercambio es posible sin una etapa de disolución del O 2.

19 Como es la relación de solubilidades entre el CO 2 y el O 2? K CO = = 23.6 K O El CO 2 es 23.6 veces mas soluble en la sangre que el O 2.

20 100 O 2 total 22 C Sat (%) Hb O 2 combinado con Hb de O 2 ml/ 100 ml O 2 disuelto Po 2 mmhg

21 LEY DE GRAHAM Para un determinado gradiente, la velocidad de difusión de cada gas varía en forma inversamente proporcional a la raíz cuadrada del peso Molecular 1 V difusión α PM Esta ley se deduce fácilmente, recordando que los diferentes gases de una mezcla tienen la misma T, y por lo tanto sus moléculas tendrán la misma energía cinética

22 Como será la relación de velocidades de difusión entre el CO2 y el O2? V CO = = = 0.85 V O Tenemos entonces que el O 2, en virtud de su menor tamaño molecular, difunde 1/0.85 = 1.17 veces más rápido que el CO 2 Por otro lado, según la Ley de Henry, el CO 2 es 23.6 veces más soluble en sangre que el O 2, lo cual permite importante difusión para pequeños gradientes.

23 La Difusibilidad de un gas será proporcional a su solubilidad e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular solubilidad D α PM D CO2/O2 = 23.6 x Por la K de Solubilidad Por su PM El CO 2 difunde 20 veces más rápido que el O 2

24 Gradiente de presión de O 2 del ambiente hasta los tejidos. INSP ALV ART CAP VEN-M 140 PO2 (mm Hg) mmhg

25 INTERCAMBIO ALVEOLO-CAPILAR (HEMATOSIS)

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27 BARRERA HEMATOAEREA Aire alveolar Surfactante Epitelio alveolar Membrana basal del epitelio (tejido conjuntivo) Membrana basal del endotelio Endotelio capilar Sangre

28 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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30 α β Grupo HEM Fe ++ β α

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32 Afinidad de la Hemoglobina por el Oxígeno Oxihemoglobina HbO 2 Los cambios en ph, P CO2, y temperatura sanguínea modifican la afinidad de la Hemoglobina con el oxígeno.

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36 Efecto Bohr El incremento de ácidos o CO 2 disminuye el ph del plasma y mueve la curva de disociación de la Hb hacia la derecha. un aumento de CO 2 promueve una mayor entrega de O 2 a los tejidos a igual PO 2.

37 Efecto Haldane La Desoxigenación de la sangre aumenta su capacidad para llevar el CO 2. Inversamente, la sangre oxigenada tiene una reducida capacidad de ligar CO 2.

38 2,3 difosfoglicerato (2,3-DPG) Es producido por los eritrocitos como un producto intermediario de la glucólisis Cuando la concentración de Oxihemoglobina es baja, se produce síntesis de 2,3-DPG El 2,3-DPG disminuye la afinidad de la Oxihemoglobina para con el O 2, aumentando la entrega de O 2 a los tejidos

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40 Factores que modifican la afinidad de la Hb oxigenada La concentración de iones hidrógeno, [H + ] La presión parcial de gas carbónico, PCO 2 La Temperatura [2,3-DPG] Caso especial: CO

41 Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O 2 La curva se desplaza a la derecha cuando: T, PCO 2, [H + ] y 2-3-DPG La Hb disminuye su afinidad por el O 2 y lo libera. Ocurre en los tejidos. En los pulmones ocurre lo contrario.

42 Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O 2 PCO 2, [H + ] y 2-3-DPG Se unen a la desoxihb y estabilizan la estructura T, disminuyendo la afinidad. Todos los efectores se unen en diferentes lugares de las cadenas α y β, pero pueden competir por un mismo sitio. T, debilita la unión entre la Hb y el O 2.

43 Anhidrido carbónico La remoción de CO 2 es fundamental: una elevada PCO 2 causa acidosis Un aumento anormal de la PCO 2 deprime el Sistema Nervioso Central con confusión, coma o muerte

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45 COMO VIAJA EN SANGRE EL CO 2? 70 % - Como Bicarbonato (HCO 3- ) 23 % - Unido a la Hb (compuestos carbámicos) 7 % - Como gas libre disuelto

46 La Anhidrasa Carbónica, una enzima de los eritrocitos, cataliza la conversión de CO 2 y H 2 O en HCO 3 - AC CO 2 + H 2 O HCO H +

47 Remoción del HCO 3 - Antiport: Intercambio de un HCO 3- por un Cl - Transferencia del HCO 3- al plasma Aumento de la concentración intracelular del Cloruro

48 Remoción del H + Hb actúa como buffer y liga H + Hb-H Previene cambios importantes del ph corporal

49 Carbaminohemoglobina CO 2 + Hb Hb-CO 2

50 Remoción del CO 2 en los pulmones En los pulmones se revierte el proceso ocurrido en los capilares sistémicos. La PCO 2 alveolar es inferior a la venosa. El CO 2 difunde del plasma al alvéolo y la PCO 2 sanguínea cae. El descenso de la PCO 2 plasmática permite la difusión de CO 2 del aritrocito al plasma.

51 FIN

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