jueves, 13 de enero de 2011

Sistema Respiratorio

El sistema respiratorio y el cardiovascular se combinan en un eficaz sistema de suministro O2 y eliminación de CO2 que comprende:

  1. Ventilación Pulmonar
  2. Difusión Pulmonar
  3. Transporte de gases (O2 y CO2) por la sangre
  4. Intercambio capilar de gases con los tejidos

Ventilación Pulmonar
Es el proceso por el que se introduce y se extrae aire de los pulmones. Las estructuras anatómicas implicadas son el bulbo raquídeo (centros inspiratorios y espiratorios), los receptores centrales y periféricos,  los músculos inspiratorios, y los pulmones.
Durante la inspiración, los intercostales externos se contraen para elevar las costillas y el esternón, y el diafragma también lo hace para aumentar las dimensiones del tórax y reducir la presión en los pulmones (P intrapulmonar). Si la presión intrapulmonar es menor a la del aire externo, el aire se precipita hacia el interior. Es un proceso activo. En inspiración forzada también intervienen los escalenos, esternocleidomastoideo, pectorales, y serrato menor y mayor.
Durante la espiración, los músculos inspiratorios se relajan, descendiendo el esternón y encogiendo los pulmones. Esto aumento la presión intrapulmonar, forzando el aire a salir. En reposo, se trata de un proceso pasivo. En espiración forzada se trata de un proceso activo, acelerado por la presión abdominal, en el que intervienen los oblicuos del abdomen, dorsal ancho y cuadrado lumbar.

Difusión Pulmonar
Es el proceso en el que se intercambian gases entre el aire y la sangre, renovando O2 y eliminando CO2.


Los alveolos pulmonares son los divertículos terminales del árbol bronquial, que permiten el intercambio gaseoso entre el aire inspirado y la sangre.
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El intercambio de de gases entre el aire y la sangre tiene lugar en la membrana pulmonar o alveolocapilar. En los sacos alveolares (capilar pulmonar) los GR exponen cada célula al tejido pulmonar, realizándose la difusión pulmonar.
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Presiones parciales de los gases. El intercambio de gases es permitido por las diferencias en las presiones parciales. La presión total de una mezcla es la suma de las presiones parciales de los gases que la componen. A su vez, los gases se disuelven en líquido en base a sus presiones parciales.



Durante el intercambio de O2,  la PO2 varía:
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- En el aire, la PO2 es 159mmHg
- En los alveolos y arterias grales, la PO2 es 100/105mmHg
- En la venas grales, luego del intercambio, la PO2 es 40/5mmHg.
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En el intercambio de CO2, la PCO2:
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- En el aire, la PCO2 es de 0.2mmHg
- En los alveolos la PCO2 es de 40mmHg.
- En las venas grales la PCO2 es de 46mmHg

El gradiente de difusión, esto es, la diferencia de presión entre ambos lados de la membrana pulmonar, permite que el O2. Para el O2, la gradiente entre la PO2 de la arteria pulmonar y la alveolar es de 55/65mm Hg. Si la gradiente es mayor, con mayor rapidez se difunde el gas. El CO2 es 20 veces más soluble que el O2 y puede difundirse con mayor facilidad y rapidez, con un gradiente de solo 5mm Hg.


Transporte de gases (O2 y CO2) por la sangre
Transporte de Oxígeno. El oxigeno se transporta en la sangre combinada con la hemoglobina de los GR (>98%) o disuelto en el plasma de la sangre (<2%). La hb permite transportar 70 veces más oxigeno que el plasma.
La cantidad máxima de O2 que la sangre puede transportar depende de la cantidad de hb en sangre. En el hombre, cada 100ml de sangre hay 14/18 gr% de hemoglobina. Ya que cada gr de hb puede combinarse con 1.34ml de O2, 100ml de sangre saturada al 98% (oxihemoglobina) puede transportar de 16 a 24ml de oxígeno.
Transporte de CO2. Una vez que es liberado por las células, el CO2 es transportado por la sangre
(1) disuelto en el plasma (7%),
(2) como iones de bicarbonato (60/70%), y
(3) combinado con la hemoglobina (carboxihemoglobina).
La mayor parte del CO2 se combina con agua para formar ácido carbónico. El acido carbónico a su vez se disocia liberando iones de H y bicarbonato (HCO3). La acumulación de H+ reduce el pH sanguíneo dando lugar al efecto Bohr (la sangre descarga O2 sobre los tejidos al perder afinidad). A su vez, el CO2 se combina a la hb con más facilidad si está desoxigenada (desoxihemoglobina) ó la PCO2 es mayor.
El CO2 se libera de la hemoglobina cuando la PCO2 disminuye.


■  Intercambio capilar de gases en los tejidos
El intercambio comprende la liberación de O2 en los tejidos y la eliminación de CO2 producido metabólicamente.
La diferencia arteriovenosa de oxígeno (dif. a-v O2) es la diferencia entre el contenido de O2 de la sangre arterial y la venosa, medida que refleja el consumo de O2 por parte de los tejidos. El suministro de O2 dependerá del contenido de O2 en sangre, del volumen del flujo y de las condiciones locales.
La liberación de O2 dependerá en gran parte del efecto Bohr (concentración de H+ y mayor PCO2 en sangre), producto de la actividad física. El CO2 ingresa en la sangre en respuesta a la gradiente de presión parcial entre la sangre de los tejidos y la sangre capilar.


Modificaciones en la Ventilación durante el ejercicio

Regulación de la Ventilación Pulmonar.
Los mecanismos que la regulan son:
  1. Centros respiratorios (localizados dentro del tronco cerebral) establecen el ritmo y profundidad de la respiración enviando impulsos periódicos a los músculos inspiratorios.
  2. Quimiorreceptores centrales (en el arco aórtico) y periféricos (en la bifurcación de la arteria carótida común) actúan como sensores a cambios en la PO2, PCO2 y H+.
  3. Receptores del estiramiento pulmonar (alveolos, bronquiolos, y pleura).

La PCO2 parece ser el factor más importante en la regulación de la respiración; si lo niveles de CO2 comienzan a ser muy elevados, se forma acido carbónico, el cual se disocia fácilmente y produce H+, reduciendo el pH de la sangre. La mayor estimulación entonces proviene de la necesidad de eliminar CO2 y no de proveer O2.

Ventilación Pulmonar en el ejercicio. Al inicio de la actividad física, la ventilación se incrementa notablemente en forma inmediata, producto de la mecánica del movimiento corporal (que activa la corteza motora). A esto le sigue un aumento continuo y gradual de la ventilación estimulada por los quimiorreceptores, que detectan aumentos en la temperatura y cambios químicos en la sangre arterial, que debe eliminar más CO2 y H+, y transportar más O2.

Equivalente Ventilatorio. El equivalente ventilatorio para el O2 es la proporción entre el volumen de aire ventilado (Ve) y el O2 consumido por los tejidos (VO2). En reposo, el Ve/Vo2 es de 23/28 litros de aire inspirados por litro de O2 consumido, mientras que en actividades físicas intensas el Ve/Vo2 puede ser de 30 a 1. El equivalente ventilatorio para el Co2 (volumen de aire respirado (Ve) vs cantidad de CO2 producido) suele mantenerse constante en 22 litros de aire por litro de CO2 producido.
Punto de máxima tensión ventilatoria tolerable. Cuando la intensidad del ejercicio aumenta al máximo, la ventilación aumenta desproporcionadamente al consumo de oxigeno. Este punto recibe el nombre de punto de máxima tensión ventilatoria tolerable. Cuando la intensidad alcanza el  55% o el 70% del VO2 máx., el cuerpo no puede satisfacer los requerimientos de O2 de la oxidación. Para compensar, se obtiene más oxígeno (o ATP) a través de la glucolisis, produciendo acido láctico, que produce lactato, agua y CO2. El aumento de CO2 estimula a los quimiorreceptores, quienes aumentan la respiración. Más allá del punto de MTVT, la ventilación aumenta espectacularmente en relación al VO2.El punto de MTVT refleja entonces un aumento importante en el VCO2 /min.

Velocidad en carrera m/min
Ve / Vo2
160
21,5
200
20,4
240
24,9
260
33,3


Umbral anaeróbico. El desproporcionado aumento de la respiración sin un aumento concomitante del consumo deO2 puede llevar a una especulación de que el punto de MTVT está relacionado con el umbral de lactato.


El termino umbral anaeróbico, actualmente, está asociado a un súbito incremento en el equivalente ventilatorio para el oxígeno (Ve/VO2, cantidad de aire respirado por O2 consumido) sin un aumento concomitante en el equivalente ventilatorio para el CO2 (Ve/VCO2, cantidad de aire respirado por CO2 producido) existiendo una desproporción entre las necesidades de oxígeno del cuerpo y el CO2 eliminado.

El UL, asociado a la acumulación excesiva de lactato en sangre, puede estar reflejado por el umbral anaeróbico bajo muchas condiciones, aunque la relación no siempre es exacta.


Capacidad aeróbica. El VO2 máx. (Volumen máximo de oxígeno consumido) es el máximo transporte de oxígeno que el organismo puede transportar en un minuto. Cuanto mayor sea el VO2 máx., mayor será la capacidad cardiovascular.
El %VO2, en cambio, se refiere al porcentaje del consumo máximo de O2 que una persona puede mantener durante un período prolongado. Esto último tiene relación con el UL, ya que éste es probablemente el determinante principal del ritmo que se puede tolerar durante una prueba de resistencia durante un período prolongado.

La resistencia aeróbica se entiende como el porcentaje del VO2 máx. que puede mantenerse durante un ejercicio prolongado, porcentaje que se puede, mediante un entrenamiento adecuado, incrementar más fácilmente que el VO2 máx.
El % VO2 puede variar de 50% a 85% en personas no entrenadas y atletas de élite, respectivamente. El % VO2 máx. se puede incrementar un 60% con el entrenamiento, mientras que el VO2 sólo un 20%.
El consumo de oxígeno dependerá de componentes como membranas, tipo de fibras musculares, enzimas, y mitocondrias.

- Mayor  %VO2 máx. para alcanzar umbral de lactato = Mayor tolerancia al ácido láctico = Mayor resistencia aeróbica –


■ Equilibrio Acido básico
Durante la actividad física, las concentraciones de H+ y CO2 aumentan, reduciendo el pH de los fluidos corporales, dificultando la contracción muscular y la formación de ATP. En reposo, los fluidos tienen más bases (bicarbonato, fosfato, proteínas) que ácidos, produciendo un pH de 7,1 en músculos y 7,2 en la sangre arterial.
El pH de la sangre está regulado principalmente por:
  1. Amortiguadores Químicos: Bicarbonato (los iones de bicarbonato amortiguan los H+), fosfatos y proteínas
  2. Ventilación Pulmonar: La hg de los GR en sangre es un importante amortiguador al transportar CO2
  3. Función de los riñones
La sangre arterial, en reposo, suele tener un pH entre 7,36 y 7,44 (valores tolerables de 6,9 a 7,5). Para los músculos, en reposo, el pH es de 7,10. Durante un ejercicio agotador estos valores descienden debido a la acumulación de H+, alcanzando valores de pH de 6,63 para los músculos y de 7,10 para la sangre.


■ Modificaciones en la Difusión durante el ejercicio
El incremento en la difusión se debe a que la circulación sanguínea en los pulmones es ineficaz en reposo, al limitarse la perfusión en las regiones superiores. La perfusión pulmonar aumenta en la actividad debido al aumento del flujo sanguíneo (que aumenta por la TA).


■ Modificaciones en el transporte y el intercambio de gases durante el ejercicio
La afinidad de la hemoglobina por el O2 se ve afectada cuando disminuye el pH de la sangre ó aumenta la PCO2, factores que se presentan durante la actividad física. Al disminuir la afinidad de la hemoglobina, el O2 es descargado sobre los tejidos. A este efecto se le conoce como Bohr, que al revertir las condiciones, propicia el aumento en la afinidad de la hb por el O2.

La diferencia arteriovenosa de oxígeno (dif. a-v O2) es la diferencia entre el contenido de O2 de la sangre arterial y la sangre venosa, medida que refleja el consumo de O2 por parte de los tejidos. Durante la actividad física, esta diferencia se incrementa notoriamente.
Como se menciono anteriormente, la afinidad de la hemoglobina por el O2 se verá afectada por:
1.       Una disminución del pH (concentración de H+) y aumento de PCO2 en sangre (efecto Bohr). El CO2 ingresa en la sangre en respuesta a la gradiente de presión parcial entre la sangre de los tejidos y la sangre capilar.
2.       Un aumento de la temperatura de la sangre. La Hb descargara mas O2  cuando la sangre circula por los músculos activos calentados metabólicamente.

Los ritmos de liberación y consumo de O2 dependen de 3 variables importantes:
-          Contenido de O2 en sangre
-          Intensidad de flujo en la sangre (mayor flujo de sangre, mayor suministro de O2)
-          Condiciones locales (mayor acidez, aumento de la temperatura y concentración de CO2)
Cuando hacemos ejercicio, estas variables deben ajustarse para asegurar un transporte aumentado de O2 a los músculos activos. Cualquier reducción en la capacidad normal de transporte de O2 en sangre reducirá el consumo celular de éste.





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