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Fisiología Humana
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Dr. Abner A. Fonseca L.
FISIOLOGÍA DE GASES ARTERIALES
La primera parte de este módulo comprende elementos básicos sobre la fisiología de
los gases arteriales. Este módulo ayudará a los profesionales de la enfermería y
cardiorrespiratorios a entender lo que son los gases arteriales y a la interpretación de los
mismos.
PROPÓSITO DE MEDIR LOS GASES ARTERIALES
1. Determinar el estado ácido-base del paciente.
2. Determinar cuánto oxígeno están llevando los pulmones a la corriente
sanguínea y por consiguiente a los tejidos.
3. Determinar cuan bien el pulmón elimina el gas bióxido de carbono,
producto del metabolismo celular.
GASES ARTERIALES
Los gases arteriales se analizan tomando una muestra de sangre de una arteria del paciente.
Este procedimiento lo realizan los terapistas respiratorios y otros profesionales de la salud
autorizados para esto. El procedimiento es sencillo, luego de haber tomado un
entrenamiento para esto.
Las alteraciones en los resultados normales de estas pruebas nos indican desequilibrios
ácido-básicos. Estas alteraciones se presentan con frecuencia en los pacientes que vemos en
la práctica clínica.
NORMALES DE GASES ARTERIALES Y SU DEFINICIÓN
Gases arteriales normales
Definición
PH
7.35 - 7.45
PaCO2
35 – 45 mm Hg
PaO2
80 – 100 mm Hg
SO2
95 % - 100 %
HCO3
22 – 26 mEq / L
El PH determina la acidez o alcalinidad de la
sangre en relación al ión Hidrógeno (H+)
Indica la presión parcial de bióxido de carbono
en
la
sangre.
Es
regulado
por
el pulmón. Provee para medir la existencia
de un desbalance ácido-básico respiratorio.
Indica la presión parcial de oxígeno en la
sangre.(Considerar la edad)
Indica cuanta hemoglobina está saturada con
oxígeno.
Niveles de bicarbonato. Es regulado por el
riñón. Ayuda a determinar los desbalances
acido-básico metabólicos
La primera prueba que vemos en estos gases arteriales es el PH. El PH normal del plasma
es 7.35-7.45. El PH es un indicador de la concentración de iones de hidrógeno (H+).
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Mientras más alta es la concentración de hidrógeno más ácida será la solución (acidosis) y
el PH baja de 7.35, mientras más baja la concentración de hidrógeno más alcalina será
la solución (alcalosis) y el PH sube más de7.45.
Veámoslo en esta Tabla 2
↑ Hidrógeno
↓ PH – Acidosis – ↓ 7.35
↓ Hidrógeno
↑ PH – Alcalosis – ↑ 7.45
La escala de PH compatible con la vida (6.8 a 7.8).
Hay unos mecanismos de homeostasis para conservar el PH dentro de una escala
normal (7.35 a 7.45). Entre ellos se encuentran los sistemas amortiguadores, riñones y
pulmones.
SISTEMAS AMORTIGUADORES
Los amortiguadores son sustancias que evitan cambios importantes del PH de los líquidos
corporales. Esto lo hacen por retención o liberación de iones de hidrógeno.
El principal sistema amortiguador extracelular del organismo es el de bicarbonato y ácido
carbónico.
Bicarbonato – (HCO3) – Acido carbónico (H2CO3)
En condiciones normales hay 20 (veinte) partes de bicarbonato (HCO3), por 1 (una)
de ácido carbónico (H2CO3). Los niveles normales del PH (7.35-7.45) se alteran cuando
cambia esta proporción de 20:1.
Recuerda hay 20 partes de bicarbonato HCO3 por 1 de ácido carbónico (H2CO3). Una
proporción de 20:1.
20 bicarbonato HCO3
1 ácido carbónico H2CO3
En caso de un desequilibrio podría ser distinto a los valores indicados. Por ejemplo, puede
ser 24:1, 24 partes de bicarbonato por una parte de ácido. Esto es anormal.
24 bicarbonato HCO3
1 ácido carbónico H2CO3
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¿QUÉ HACE QUE CAMBIE ESTA PROPORCIÓN Y EL PH SE ALTERE?
1. Pulmones
El bióxido de carbono (CO2) es liberado por el metabolismo celular y es expulsado
por los pulmones.
Se dice que el bióxido de carbono (CO2) es un ácido en potencia porque se combina
con agua y forma ácido carbónico. Veamos:
CO2 + H2O = H2CO3
Por lo tanto la concentración de ácido carbónico aumenta con la de bióxido
de carbono y baja cuando no hay bióxido de carbono, o sea que hay una relación a
la inversa entre el CO2 y el PH. El aumento o disminución de estas dos sustancias
(bicarbonato y acido carbónico) hace que no se conserve la proporción de 20:1 y
resulta en desequilibrios ácido básico.
Los pulmones regulan el equilibrio acido-básico controlando la concentración
de bióxido de carbono y por tanto el contenido de ácido carbónico del líquido
extracelular. Lo hacen mediante el ajuste de la frecuencia respiratoria. Cuando
aumenta la presión parcial de bióxido de carbono (PaCO2) es un estímulo
importante para que ocurra la respiración. Se estimula en centro respiratorio en el
cerebro en la médula oblongada. Mediante la exhalación entonces se elimina el
bióxido de carbono (CO2).
Como se mencionó anteriormente hay una relación a la inversa entre el bióxido de
carbono y el PH. Si aumenta el bióxido de carbono (CO2) porque hay problemas de
ventilación (hipoventilación) y no puede ser expulsado y se retiene en el pulmón, el
PH baja. Si baja el bióxido de carbono (CO2) porque hay problemas de
ventilación (hiperventilación) y este se elimina en exceso el PH aumenta.
Veámoslo en esta Tabla (Relación a la inversa entre CO2 y PH)
↑ CO2
↓ CO2
PH ↓ - 7.35
PH ↑ - 7.45
PaCO2 – Es la presión parcial de bióxido de carbono en sangre arterial. Como se dijo
anteriormente el CO2 sale del metabolismo celular. Debe ser eliminado. El pulmón es
el órgano principal para eliminar el CO2 cuando este aumenta en la sangre. Si no se
elimina como se dijo anteriormente se mezcla con agua y produce acidosis
respiratoria.
Recuerda (CO2 + H2O = H2CO2).
Se dice
acidosis
respiratoria porque es provocada por el gas bióxido de carbono (CO2), que lo regula
el pulmón.
En alcalosis (PH mayor de 7.45) el pulmón trata de retener el CO2 para bajar el PH.
En acidosis (PH menor de 7.35) el pulmón trata de eliminar el CO2 para subir el
PH.
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Veámoslo en esta Tabla
Alcalosis
Acidosis
PH ↑ de 7.45
PH ↓ de 7.35
Pulmón retiene CO2 y ↓ PH
Pulmón elimina CO2 y ↑ PH
La presión parcial de bióxido de carbono (PaCO2) se mide en los gases arteriales. Los
niveles normales son: PaCO2 - 35 - 45 mm Hg. Cuando vamos a interpretar los gases
arteriales es el gas que se considera para determinar cuando hay un desequilibrio acidobásico respiratorio. Cuando se dice desbalance respiratorio significa que es el
gas bióxido de carbono (CO2) es el que esta alterado y provoca el desbalance (origen
pulmonar). Se le llaman alcalosis respiratoria y acidosis respiratoria. Hay unos signos y
síntomas y causas de estos desbalances. La Tabla adelante los resume, pero puedes
estudiarlos más en detalle en tus cursos.
DESBALANCES RESPIRATORIOS EXPLICADOS EN FORMA SENCILLA
Condición
Alcalosis
Respiratoria
PH↑7.45
Condición
Acidosis
Respiratoria
PH ↓7.35
Definición
Signos & Síntomas
Disminución en la - Aumento en la irritabipresión parcial de lidad neuromuscular.
bióxido de carbono - Tetania
y ↑PH.
- Convulsiones
- Depresión del SNC
- Confusión
- Letargia
- Coma
Definición
Aumento en
la
presión parcial de
bióxido de carbono
y
disminución
↓ PH.
-
Causas
Hiperventilación por deficiencia
de oxigeno, enfermedad pulmonar
(EPOC), accidente cerebrovascular, ansiedad sobredosis de
aspirina.
Mecanismo compensatorio:
Renal: ↓ la excreción de iones
H+,↓ en la reabsorción de
bicarbonato.
Signos & Síntomas
Causas
Dolor de cabeza.
Taquicardia.
Arritmias cardiacas
Anormalidades
neurológicas
Visión borrosa
Vértigo
Desorientación
Letargia
Soñolencia
Hiperventilación
EPOC
(enfisema, bronquitis crónica)
edema pulmonar, traumatismo al
centro respiratorio, Obstrucciones
de la vía aérea, alteraciones en los
músculos respiratorios.
Mecanismo compensatorio:
Renal: ↑ la excreción de iones
H+, ↑ en la reabsorción de
bicarbonato.
2. Riñones
El ión bicarbonato se le llama el ión base o alcalino. Si el ión base o
alcalino aumenta, el PH aumenta. Si las concentraciones de bicarbonato aumentan
de 26 el PH aumenta. Si las concentraciones de bicarbonato bajan de 22 el
PH baja. Los riñones regulan la concentración de bicarbonato (HCO3).
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Los riñones regulan la concentración de bicarbonato en el líquido extracelular, reteniendo
o eliminando el bicarbonato en estados de acidosis o alcalosis para mantener el equilibrio.
Hay una relación a la par entre el bicarbonato (HCO3) y el PH.
Esto es: si aumenta el bicarbonato porque el riñón lo retiene, aumenta el PH y si el
bicarbonato se pierde porque el riñón lo elimina, baja el PH.
Veámoslo en esta Tabla (Relación a la par entre HCO3 y PH)
HCO3 ↑ 26 mEq
HCO3 ↓ 22 mEq
PH ↑ 7.45
PH ↓ 7.35
En alcalosis (PH ↑ 7.45) el riñón excreta iones de bicarbonato para reestablecer el PH,
(bajar el PH).
En acidosis (PH ↓ de 7.35) el riñón retiene iones de bicarbonato para reestablecer el PH,
(subir el PH).
Veámoslo en esta Tabla
PH ↑ de 7.45
PH ↓ de 7.35
Alcalosis
Acidosis
Riñón excreta HCO3 ↓ PH
Riñón retiene HCO3 ↑ PH
Cuando el bicarbonato (HCO3) es el que esta alto o bajo se dice que el desequilibrio
acido-básico es metabólico. Un proceso metabólico puede definirse como cualquier
evento que afecte el balance acido básico del paciente con excepción de respiratorio.
En este caso el bicarbonato (HCO3) es el que está alterado, y se le llama desbalance
metabólico. Se le llaman alcalosis metabólica y acidosis metabólica. Hay unos signos y
síntomas y causas de estos desbalances. La Tabla adelante los resume, pero puedes
estudiarlos más en detalle en tus cursos.
DESBALANCES METABÓLICOS EXPLICADOS EN FORMA SENCILLA
Condición
Alcalosis
Metabólica PH
↑7.45
Definición
Aumento del
bicarbonato
y aumento en el PH.
-
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Signos & Síntomas
Espasmos musculares
Debilidad
Tetania
Parestesias
Convulsiones
Hiperreflexia
Arritmias
Causas
Perdida de ácidos, ingesta
excesiva de medicamentos
alcalinos, vomito, succión
gástrica, algunos diuréticos,
administración de álcalis.
Mecanismo compensatorio:
Pulmón: Hipoventilación
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Condición
Acidosis metabólica
PH↓7.35
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Definición
Signos & Síntomas
Disminución
- Arritmias ventriculares
de PH arterial - Dolor de cabeza
y HCO3
- Dolor abdominal
- Depresión de SNC
- Confusión
- Letargo
- Estupor
- Coma
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Causas
Perdida de bicarbonato por
diarrea, acumulación de
ácido (cetosis) y alteraciones
renales.
Mecanismo
compensatorio:
Pulmón: Hiperventilación
OTROS COMPONENTES QUE SE MIDEN EN LOS GASES ARTERIALES
Presión Parcial de Oxígeno y Saturación de Oxígeno
1. Presión parcial de oxígeno PaO2:
La presión parcial de oxígeno PaO2 se mide en gases arteriales. Los valores
normales son de 80 a 100 mm Hg. Es importante saber si el paciente tenía oxígeno
artificial en el momento de extraer la muestra de gases arteriales. La PaO2 de un paciente
que recibe oxígeno suplementario debe ser mayor que el de otro paciente que sólo recibe el
21 % de oxígeno ambiental. Tomando los valores de 80-100 mm Hg sabemos que un
PO2 menos de 80 mm Hg es bajo para cualquier individuo no importa el oxígeno que
recibe, excepto para los casos de recién nacidos y envejecimiento que tiene un PaO2
bajo.
2. Saturación de Oxígeno:
La saturación de oxigeno normal es de 95 a 100 % La saturación de oxígeno representa la
capacidad del oxígeno para saturar la hemoglobina. Existe la curva de disociación de
oxihemoglobina, la cual indica la relación entre el PO2 y la SO2. Esta curva esta
preparada con los parámetros de temperatura (38 grados centígrados, PH de 7.4 y
CO2 de 40 mm Hg. Cambios en estos parámetros hacen que la curva se mueva a la
izquierda o a la derecha aumentando o disminuyendo el por ciento de saturación de
oxígeno. (Este tema puede discutirse en otro módulo)
ALGO SOBRE COMPENSACIÓN
COMPENSACIÓN:
Cuando observamos que los resultados del PH esta próximo a los límites normales, pero
encuentras unas alteraciones muy marcadas en el CO2 o el HCO3
PH
-
7.36
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Pa CO - 53
HCO3 - 32
En este ejemplo vemos el PaCO2 que debió provocar un estado de acidosis metabólica, pero el
riñón compenso reteniendo el bicarbonato (32) y aumento el PH, manteniéndolo en los límites
normales.
Interpreta este otro estado de compensación:
PH 7.46
PCO2 – 56
HCO3 -34
En este ejemplo vemos el HCO3 alto que pudo provocar una alcalosis metabólica, pero el pulmón
compensó reteniendo el CO2 (56) y bajar el PH., manteniéndolo en los límites normales.
DATOS IMPORTANTES A REPASAR
Desbalances respiratorios significa que el gas bióxido de carbono (CO2) es el que esta
alterado produciendo el desequilibrio en el PH normal de 7.35-7.45.
Desbalances metabólicos significa que el bicarbonato (HCO3) es el que está alterado
produciendo el desequilibrio en el PH normal de 7.35-7.45.
En la interpretación de gases arteriales se toman en cuenta son el CO2 y el HCO3.
Esta tabla te ayudará a la interpretación de los resultados de gases arteriales y
comprenden las relaciones entre CO2 y el PH y entre el HCO3 y el PH explicadas
anteriormente.
Anormalidad
Acidosis respiratoria
Acidosis metabólica
Alcalosis respiratoria
Alcalosis metabólica
Clave:
Anormalidades en las gases arteriales
PH
PCO2
↓ 7.35
↑
↓ 7.35
↑ 7.45
↓
↑ 7.45
↑ aumentado
↓ disminuido
HCO3
↓
↑
normal
Para la interpretación de gases anteriores vamos a comenzar con los siguientes
ejemplos:
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Ejemplo 1
PH
7.24
PaCO2
59
PaO2
80
SO2
92
HCO3
26
Pasos:
Paso 1: Determina si el PH del paciente es ácido, alcalino, normal.
Contestación: PH 7.24 ácido
Paso 2: Determina si el proceso es respiratorio o metabólico.
¿Cómo?
Mira el CO2 (bióxido de carbono) 59 esta alto
Mira el HCO3 (bicarbonato) 26 esta normal
Esto es acidosis respiratoria ya que el CO2 alto, bajo el PH. (Ver tabla)
Recuerda es respiratorio el problema porque el CO2 es el que esta alterado y representa
el parámetro respiratorio.
Ejemplo 2
PH
7.207
PaCO2
36.1
PaO2
111.2
SO2
94
HCO3
13.7
Pasos:
Paso 1: Determinar si el PH del paciente es ácido, alcalino, normal.
Contestación: PH ácido
Paso 2: Determina si el proceso es respiratorio o metabólico
¿Cómo?
Mira el CO2 (bióxido de carbono) 36.1 esta normal
Mira el HCO3 (bicarbonato) 13.7 esta bajo
Esto es acidosis metabólica ya que el HCO3 bajo, bajo el PH. (ver tabla)
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Recuerda es metabólico el problema porque el ión HCO3 es el que esta alterado y
representa el parámetro metabólico.
Ejemplo 3
PH
7.55
PaCO2
35.3
PaO2
111.2
SO2
94
HCO3
38
Paso 1: Determinar si el PH del paciente es ácido, alcalino, normal.
Respuesta: PH alcalino
Paso 2: Determina si el proceso es respiratorio o metabólico
¿Cómo?
Mira el CO2 (bióxido de carbono) 35.3 esta normal
Mira el HCO3 (bicarbonato) 38 esta alto
Esto es alcalosis metabólica ya que el HCO3 alto, sube el PH. (ver tabla)
Recuerda es metabólico el problema porque el ión HCO3 es el que esta alterado y
representa el parámetro metabólico.
Ejemplo 4
PH
7.110
PaCO2
109.5
PaO2
238.6
SO2
99.5
HCO3
34
Paso 1: Determinar si el PH del paciente es ácido, alcalino, normal.
Respuesta: PH ácido
Paso 2: Determina si el proceso es respiratorio o metabólico
¿Cómo?
Mira el CO2 (bióxido de carbono) 109.5 esta muy elevado
Mira el HCO3 (bicarbonato) 34 esta alto para tratar de compensar)
Esto es acidosis respiratoria ya que el CO2 alto, bajo el PH. (Ver tabla)
Recuerda es respiratorio el problema porque el CO2 es el que esta más alterado y
representa el parámetro respiratorio.
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I. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN
A. Centro respiratorio. Ritmo básico de la respiración
El sistema respiratorio ajusta el ritmo de la ventilación alveolar casi exactamente a
las necesidades que tiene el organismo en cada momento, en situación de reposo o
movimiento, con ello se mantienen las presiones adecuadas de O2 y de CO2 en
sangre
B. Áreas Respiratorias
ÁREA INSPIRATORIA (en el bulbo raquídeo): es la que mantiene el ritmo básico
de la respiración. Envía señales hacia los músculos inspiratorios, el músculo más
importante es el diafragma, cuando éste se contrae, aumenta la jaula torácica y se
produce la inspiración, la cual dura unos 2 segundos, a continuación los músculos
vuelve a su sitio y por causa del rebote elástico, el aire es expulsado al exterior.
ÁREA ESPIRATORIA (bulbo raquídeo): La espiración dura aproximadamente
unos 3 segundos. Al cabo de un minuto esto deberá suceder de 12-14 veces. En
situaciones de ejercicio, actúan también los músculos espiratorios (área espiratoria),
músculos prensa abdominal.
ÁREA NEUMOTAXICA: si esta zona es estimulada, se producirá una respiración
rápida y superficial, aumentará la frecuencia respiratoria y disminuirá la
profundidad de la respiración, se producirá un grado similar, pero no se producirá
una modificación del volumen respiratorio por minuto.
Tiene función termorreguladora, eliminando calor a través del área respiratoria.
También se produce esta respiración ante el miedo y la ansiedad.
C. Reflejo Hering-Breuer
Tiene una misión en cuanto a la regulación de la respiración, también previene
posibles lesiones pulmonares debidas a un incremento excesivo en la insuflación
pulmonar.
A nivel de los bronquios existen unos receptores de estiramiento, cuando existe una
inspiración muy grande se produce una insuflación pulmonar, este estiramiento
produce una inhibición del centro inspiratorio y un predominio del centro
espiratorio. Cuando espiramos mucho, se produce un colapso pulmonar, es este caso
se inhibirá el centro espiratorio y el que predominará será el centro inspiratorio.
INSUFLACIÓN PULMONAR
Inhibición del centro espiratorio
Inhibición del centro inspiratorio
Dominio del centro inspiratorio
Predominio del centro espiratorio
COLAPSO PULMONAR
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D. Regulación de la Ventilación Alveolar
Ante el ejercicio intenso, el volumen alveolar aumenta unas 25 veces sobre el
volumen normal en reposo, unos 6 litros pueden alcanzar hasta 150 litros.
Factores que regulan/informan a los centros respiratorios:



Presión de CO2
Concentración de iones hidrógeno
Presión de O2
En una persona en situación basal, los estímulos más poderosos, son la presión de
CO2 y la concentración de iones hidrógeno en los líquidos corporales.
Cuando aumenta la concentración de CO2 en sangre o cuando aumenta la
concentración de iones hidrógeno en sangre, entonces se produce un estímulo del
área quimiosensitiva respiratoria, localizada en los centros inspiratorios y
espiratorios. Pero lo que sucede es que el estímulo primario de estas áreas, son iones
hidrógenos, pero estas no atraviesan muy bien las membranas celulares.
El CO2 tiene una gran solubilidad de membrana, circulando atraviesan las
membranas y van a finalizar en las áreas quimiosensitivas. Los iones de hidrógeno
tienen un efecto la mitad de poderoso que el CO2.
Si aumentara mucho el CO2 en la sangre, éste se acumulará produciendo la muerte.
Al aumentar el CO2, también aumenta la concentración de ácido carbónico y los
hidrogeniones (si el pH descendiera estaríamos hablando de una acidosis). La
acidosis hace que se paralicen las reacciones químicas del cuerpo.
Si por el contrario, se eliminara mucho CO2, el disminuiría también la
concentración de ácido carbónico, los iones hidrógenos y aumentaría el PH,
produciendo una alcalosis, esto producirá irritabilidad del Sistema Nervioso,
pudiendo provocar convulsiones parecidas a las de un epiléptico
Una persona que padezca alguna patología pulmonar, como por ejemplo líquido
dentro de los alveolos y viven en elevadas alturas, la presión de O2 será un factor
muy importante, por tanto si hay un descenso de la presión de O2 en sangre, se
producirá una estimulación de los quimiorreceptores localizados a nivel del arco
aórtico y a nivel del seno carotideo, produciendo una estimulación del centro
respiratorio (inspiratorio y espiratorio)
E. Señales Nerviosas Procedentes de Áreas Cerebrales de Regulación Muscular
Al mismo tiempo que la corteza cerebral motora trasmite señales hacia los músculos
para el ejercicio, también emite señales paralelas a los centros respiratorios.
También los movimientos de las extremidades envían señales sensitivas que suben
por la médula espinal y excitan al centro respiratorio.
F. Hipoxia
Hipoxia Hipoxica: incapacidad del oxígeno para llegar a la sangre. Cuando existe
poca cantidad de O2 atmosférico, en grandes alturas debido a obstrucciones en las
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vías respiratorias (como en tumores que comprimen las vías) también es debido al
aumento del grosor de la membrana respiratoria (neumonía o pulmonía) o porque
exista un descenso en la membrana respiratoria (enfisema pulmonar).
Hipoxia por Estancamiento: existe una incapacidad para el transporte de O2 a los
tejidos, porque hay un descenso en el flujo sanguíneo. Como por ejemplo en
patologías cardiacas (insuficiencia cardiaca) o hemorrágicas (disminución de la
volemia).
Hipoxia Anémica: sucede cuando hay muy poca hemoglobina para el transporte de
O2, debido a que existe una anemia por déficit de glóbulos rojos o por un descenso
de la hemoglobina encargada del transporte de O2, también puede ser ocasionada
porque la hemoglobina está siendo usada para el transporte de otro gas, como el CO
(afinidad de la hemoglobina por este gas).
Hipoxia Alveolar: provoca una hipertensión arterial pulmonar precapilar, que
asociada al aumento del gasto cardíaco, conlleva modificaciones importantes en la
hemodinámica pulmonar. La hiperventilación provoca una alcalosis respiratoria que
interferirá en la regulación de la circulación cerebral.
Hipoxia Cerebral: es el origen de numerosas perturbaciones de las funciones
nerviosas y neuro-endocrino centrales. Se alteran, el sueño, la vigilia y el apetito;
aumenta la secreción de catecolaminas, vasopresina y péptidos natriuréticos,
mientras se inhibe la de aldosterona y de la hormona de crecimiento.
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