Ventilación pulmonar y ejercicio físico

Tema I (Tema 38)
La Mecánica ventilatoria.
Ventilación pulmonar.
1.− La Vía Aérea.
La vía aérea se divide en la vía aérea superior e inferior. La vía aérea superior esta compuesta por la fosas
nasales y la faringe. Su función es la de humidificar, filtrar y calentar el aire y todo esto se realiza en las
fosas nasales. La faringe es una zona de tránsito que representa la zona de confluencia de la vía aérea, entre
la vía digestiva y la vía auditiva ( fosas nasales, oído medio, laringe y esófago).
La vía inferior se inicia en la laringe que tiene una membrana llamada epiglotis que se cierra para que el
alimento se desplace correctamente hacia el esófago. La laringe está cubierta por un epitelio que forma una
serie de repliegues que permiten emitir sonidos (la voz), llamadas cuerdas vocales. La laringe se comunica
con la traquea que es un tubo grueso recubierto de cartílagos. La traquea se divide en troncos de gran tamaño
que a su vez se subdivide en bronquiolos y estos a su vez en bronquiolos terminales, para acabar en los sacos
alveolares, que es donde se produce el intercambio de gases. A partir de estos bronquiolos ya no aparece el
cartílago.
Este árbol bronquial esta recubierto por un epitelio que poseen unos cilios que permiten el arrastre del polvo
hacia el exterior, a la vez que tendrá abundantes células secretoras de moco cuya función será la limpieza del
árbol bronquial.
En este epitelio alveolar existirán otras células muy especiales llamadas CÉLULAS GRANULOSAS o
TIPO II, que segregan una substancia llamada Surfactante (forma una especie de burbuja). Esta substancia
recubre toda la superficie alveolar y va a ser la responsable de que el alvéolo no se colapse durante la
expiración y no sufra una hiperdistensión durante la inspiración.
El aparato respiratorio se irriga por las arterias pulmonares. La arteria pulmonar nace el ventrículo derecho y
se ramifica en dos, una va hacia el pulmón derecho y la otra hacia el pulmón izquierdo. Estas a su vez se
ramifican (ramificaciones bronquiales), formando los capilares arteriales, que serán los que en última
instancia llevarán la sangre venosa a los alvéolos.
El sistema de retorno estará representado por las vénulas pulmonares que confluirán en venas de mayor
calibre y formarán las 4 venas pulmonares (2 por cada pulmón) que llevarán la sangre arterial a la aurícula
izquierda.
2.− Los Músculos respiratorios.
Los pulmones se encuentran encerrados en la caja torácica, que está delimitada por estructuras óseas y
musculares. La parte ósea está compuesta por el esternón, costillas y la columna vertebral y la estructura
muscular por el diafragma, los músculos intercostales que permiten el desplazamiento de las costillas. Esta
estructura permite que los pulmones puedan aumentar o disminuir su tamaño mediante dos movimientos:
Un movimiento vertical producido por el diafragma, que produce la disminución o aumento de la caja
torácica u movimiento antero−posterior debido al desplazamiento de las costillas por la contracción de los
músculos intercostales.
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La respiración normal en reposo se lleva a cabo gracias al movimiento del diafragma. Cuando la respiración
es intensa, el movimiento del diafragma se refuerza con los movimientos de los músculos de la pared
abdominal, los cuales al contraerse aumentan la presión en la cavidad abdominal y facilitan la expiración.
En los movimientos inspiratorios intensos además del diafragma concurren otros músculos como el
externocleidomastoideo, los serratos anteriores y los esplenios, a parte del diafragma y de los intercostales. En
la inspiración aumentan los diámetros mientras que en la expiración disminuyen.
3.− Presiones pulmonares.
Durante la inspiración la caja torácica aumenta de tamaño y la presión alveolar disminuye. Como
consecuencia de esta presión negativa el aire entrará en los pulmones y por lo tanto el volumen pulmonar
aumentará.
Durante la expiración la caja torácica disminuye de tamaño y la presión alveolar aumenta. Como consecuencia
de esta presión positiva el aire saldrá de los pulmones y por lo tanto el volumen pulmonar disminuirá.
Estos cambios en el volumen no se deben exclusivamente a la presión alveolar, sino que existe otra presión
llamada Presión Pleural, que influye decisivamente. La pleura es una doble membrana que envuelve a los
pulmones. La pleura parietal está unida a la pared costal y la pleura visceral está unida a los pulmones. Entre
ambas está lo que se denomina espacio pleural, en el que existe una pequeña cantidad de líquido y donde la
presión es negativa, por lo que el pulmón se encuentra expandido, ya que este vacío existente ejerce una
atracción sobre los pulmones.
Durante la inspiración la pleura parietal tiende a separarse de la pleura visceral y por lo tanto existirá una
presión más negativa a nivel del espacio pleural. Como consecuencia de esta presión negativa la inspiración
va a tender a arrastrar a la pleural visceral (cuando la presión es negativa las dos pleuras tienden a atraerse) y
por lo tanto a llevarse consigo al tejido pulmonar que se expandirá y así mismo a aumentar por consiguiente el
volumen pulmonar. Además durante la inspiración, uno de los músculos que intervienen son los intercostales
cuyo movimientos se traducen en un aumento de la verticalidad y del plano antero−posterior, por lo que
influirán directamente sobre la pleura, ya que la mueve.
Cuando un sujeto recibe un navajazo en el tórax se pierde la presión negativa ya que tiende a entrar aire, por
lo que las 2 pleuras tienden a juntarse, provocando de este modo el colapso del pulmón. Durante la expiración
ocurre justamente los contrario, hay una disminución de la presión pleural y por lo tanto una disminución del
volumen pulmonar.
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¿Que mantiene los pulmones extendidos?. La presión pleural negativa.
3.1.− La maniobra Valsalva.
Consiste en el cierre de la glotis al final de una inspiración máxima, activando al máximo los músculos
respiratorios expiratorios. Al fijar la actividad torácica y abdominal se aumenta al máximo la acción de los
músculos que están fijados en la caja torácica, por lo que hay un aumento enorme de la presión intertorácica.
Este movimiento es realizado frecuentemente en deportes como la halterofilia, o durante un parto o
defecando.
Al aumentar la presión torácica hay una disminución del retorno venoso y por lo tanto una disminución del
gasto cardiaco, que produce una disminución de la perfusión a nivel de los tejidos vitales (arterias, coronarias,
cerebro). Esta maniobra está contraindicada para personas con problemas coronarios y problemas de
irrigación cerebral.
4.− Regulación de la Respiración.
A nivel del sistema nervioso central existe un grupo de neuronas determinadas que forman el llamado: Centro
respiratorio Bulbar (Bulbo raquídeo). Además este centro va a tener 5 grupos de centros neuronales:
Zona inspiratoria que controlará el ritmo inspiratorio normal (frecuencia) de 12 respiraciones/minuto. La
expiración ocurrirá de forma pasiva. Esta solo será así si se estimula la zona inspiratoria.
Zona expiatoria: Este centro en condiciones de reposo va a estar inactivo y solo se requerirá cuando sea una
expiración activa.
Zona neumotóxica: Esta zona limitaría la profundidad de la expiración y aumentaría la frecuencia
ventilatoria (respiraciones frecuentes y poco profundas). Este centro es lo que se llama centro del jadeo.
Zona apneusica: Su estimulación produce inspiraciones muy profundas.
Zona quimiosensible: Esta zona va ser sensible a cambios de determinados parámetros químicos, como por
ejemplo las concentraciones de CO2 o de los hidrogeniones, etc...
Factores que influyen en la regulación de la respiración:
Factores químicos: La concentración o presión parcial del CO2 y O2 en la sangre, además del PH o
concentración de hidrogeniones.
La concentración de hidrogeniones y el CO2 va a activar la zona quimiosensible bulbar, de tal manera que
cuando hay un aumento de la presión de CO2 en sangre, se produce una activación ventilatoria, por lo que se
consigue eliminar el CO2, el cual se difunde a través de la membrana alveolar. Si por el contrario sucede que
hay una disminución de la presión parcial de CO2, sucede todo lo contrario.
Si disminuye el PH de la sangre hay un aumento de la concentración de hidrogeniones y por lo tanto habrá un
aumento de la concentración de CO2, por lo que se activará la respiración .
CO2 + H2O <===> CO3H2 <===> CO3H− + H+.
También la disminución del PH es un estímulo directo sobre la zona quimiosensible bulbar que activará la
respiración. El CO2 y el PH llevan a cabo el control químico central.
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Existe un control químico periférico que se activa cuando hay modificaciones en la concentración del O2 en
sangre y estos cambios se detectan a nivel de unos receptores quimiosensibles periféricos localizados en el
callado aórtico y el seno carótideo. Cuando baja la presión de O2, se produce una activación ventilatoria,
mediante la activación del Centro respiratorio Bulbar.
Existe una particularidad con el CO2, ya que la zona quimiosensible bulbar es capaz de acostumbrarse a
convivir con presiones de CO2 altas o bajas, mientras que estas sean continuas. Esta zona detecta los cambios
agudos. Los quimioreceptores no se acostumbran a presiones bajas de O2. Si esto ocurriera, estaríamos pues
ante una presión crónica.
Existe pues una relación entre la actividad muscular y la activación ventilatoria y esta relación se piensa que
tiene que ser de tipo nervioso y se ha especulado que sea mediante dos vías:
Que junto con la orden motora que salga de forma voluntaria o involuntaria de la zona que controla la
actividad motora se active también el centro respiratorio bulbar.
Del propio sistema músculo tendinoso. La sola activación de un miembro puede estimular el centro nervioso
bulbar por alguna vía nerviosa. Parece ser que hay unas vías nerviosas que informan al centro respiratorio
bulbar de la actividad muscular. Receptores sensibles localizados a cualquier nivel del aparato
esquelético−muscular informando y activando al centro respiratorio bulbar. A partir del movimiento
voluntario del sistema músculo−esquelético y a través de la corteza motora cerebral se estimularía el centro
respiratorio bulbar.
Si la disminución de la respiración es de forma voluntaria, como consecuencia del aumento de CO2 y de la
disminución de O2 se produciría un reflejo de activación de la respiración. Mecanismo reflejo.
El control químico central y periférico es involuntario.
Post−Data: ¿Que sucede con los alpinistas?.
En el caso de los alpinistas, si estos suben rapidamente una montaña baja bruscamente la presión de O2
aumenta la actividad ventilatoria y baja la presión ce CO2, disminuyendo la actividad ventilaoria
bruscamente, por lo que el alpinista deberá de subir poco a poco por etapas, así el sujeto da tiempo a que su
organismo se adapte a las nuevas presiones de CO2 en sangre que son cada vez más bajas.
TEMA 2 (Tema 39)
Pruebas Funcionales respiratorias.
1.− Introducción.
Este tipo de pruebas es lo que se conoce bajo el nombre de espirometría y como bien indica su nombre será el
espirómetro el aparato que registre la entrada y salida de aire de los pulmones. Este sistema permite medir el
consumo de O2 del individuo.
El espirómetro clásico consiste en una campana de aire o O2 sumergida en agua y que tiene un sistema de
tubos que permite al sujeto que realiza la prueba, respirar aire del interior de la campana.
El tambor flotante está conectado por un sistema de poleas que se conecta a un registrador que tiene una
plumilla que escribe sobre un papel. Cuando el individuo inspira la plumilla se movería hacia arriba por lo que
el tambor flotante baja. En la expiración sucede todo lo contrario.
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La espirometría estática, consiste en que el individuo en reposo realice respiraciones normales, naturales.
2− Volúmenes pulmonares que registra el espirómetro.
TV = Volumen corriente o Tidal: Es el volumen de aire que es capaz de inspirar y expirar un sujeto durante
una respiración normal (en torno a los 500 ml.).
VRI = Volumen de reserva inspiratorio. Es el volumen máximo que puede inspirar el individuo después de
una inspiración normal, aproximadamente unos 3.000 ml.
VRE = Volumen de reserva expiratorio. Es el volumen de aire que puede se r expirado después de una
expiración normal, aproximadamente en trono a los 1.200 ml.
RV= Volumen de aire residual. Es el volumen de aire que queda en los pulmones después de una expiración
máxima, aproximadamente en torno los 1.200 ml.
2.1.− Capacidades pulmonares.
La capacidad inspiratoria IC = TV + VRI
La capacidad funcional residual CFR = VRE + RV
La capacidad vital CV = VRI + TV + VRE, que viene a representar la máxima capacidad de volumen de aire
que se puede expirar después una inspiración máxima.
La capacidad Pulmonar Total CPT = VRI + TV + VRE + RV que viene a representar todo el aire que
tenemos en los pulmones al final de una inspiración máxima.. Dicha capacidad es un 25% menor en las
mujeres que en los hombres.
El flujo respiratorio es a la cantidad de aire o volumen que un individuo moviliza a través de los pulmones en
un minuto. Flujo = V(l)/min.
¿Cual el flujo normal? Volumen corriente X Frecuencia respiratoria por minuto
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0'5 l X 12 = 6 litros
Ventilación voluntaria máxima. El máximo volumen de aire que un individuo puede movilizar, en un periodo
de tiempo preestablecido. ¿como puede variar la ventilación voluntaria máxima?
Aumentando la profundidad de las respiraciones (el tope será la capacidad vital).
Aumentando la frecuencia respiratoria.
Consecuencias: Si aumentamos la frecuencia, disminuiremos la profundidad de la respiración. Si
disminuimos aumentamos la profundidad de la respiración.
Con frecuencias entre 40/50 por minuto se consigue los mayores volúmenes (ventilación voluntaria
máxima). Este tipo de espirometría no es estática, ni dinámica, en concreto esta segunda porque no cumple un
requisito:
EXPIROMETRÍA FORZADA
Cuando nos encontramos con personas que sufren anomalías, como por ejemplo los asmáticos, la espirometría
estática no es suficiente para explicar las deficiencias que dicho individuo posee.
Una espirometría forzada se realiza haciendo una inspiración máxima y al final de la misma una expiración
forzada, la cual será la más rápida y fuerte posible. Durante el periodo de la expiración forzada se estudia los
siguientes parámetros:
El volumen de aire expirado en función del tiempo. El 70/80% se realiza durante el primer segundo pero se
necesita del orden 4/5 segundos más para completar la expiración forzada completa. Fig. 1.
El flujo expiratorio en función del tiempo, que representa el volumen de salida de aire V(l)/min. Mirando las
gráficas se observa que casi todo el flujo se expira durante el primer segundo.
La curva Flujo−Volumen
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Se observa que es máxima para volúmenes pulmonares a altos cercanos a la Capacidad pulmonar Total. Es
mínima cuando el volumen pulmonar coincide con el volumen residual.
Los movimientos de aire los podríamos representar:
FEV1 = Volumen expiratorio forzado durante el 1er. segundo. En condiciones normales es del 80% del total.
Índice de Tiffenau = FEV1/CV X 100 = 80%
Durante el 1er. segundo un individuo debe de ser capaz de eliminar el 80% de aire.
INFORMACIÓN DE LA ESPIROMETRÍA FORZADA
FVC = Máximo volumen de aire que podemos expirar al final de una inspiración máxima durante una
expiración forzada.
FEV1 = Volumen expirado forzado durante el 1er. segundo.
PEF = Flujo máximo expirado, que representa la máxima velocidad alcanzada durante la maniobra de una
expiración forzada. Este parámetro también se le conoce como Peak Flow que un aparato que mide
exclusivamente este parámetro, muy útil por ejemplo para los asmáticos.
Índice de Tiffenau FEV1 X 100
CV
TEMA 3
VENTILACIÓN ALVEOLAR: Intercambio gaseoso en los pulmones.
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El aire atmosférico está compuesto por una mezcla de gases que contienen las siguientes concentraciones, en
comparición con el aire a nivel alveolar:
N2 597 mm. Hg (78'62 %) 569 mm. Hg (75 %)
O2 159 mm. Hg (20'84 %) 104 mm. Hg (14 %)
CO2 0'3 mm. Hg (0'04 %) 40 mm. Hg (5'3 %)
H20 37 mm. Hg (0'5 %) 47 mm. Hg (6 %)
Nos llama poderosamente la atención que en el aire a nivel alveolar, hay una disminución de la concentración
de O2, mientras que la de CO2 y H2O aumentan considerablemente.
¿Cuales son las razones de este aumento de CO2 / H2O y esta disminución del O2?
En cada inspiración el aire solo se renueva parcialmente. Al final de cada expiración, quedan en los pulmones
alrededor de 2.300 ml., mientras que tan solo entran 500 ml. Hay una renovación continua pero en ningún
caso esta será brusca.
Constantemente se absorben gases del aire alveolar a la sangre, por o que pasará O2 a la sangre lo cual hará
disminuir la concentración en lado alveolar, para compensar el paso de O2, desde la sangre pasará CO2 lo
cual podrá explicar el aumento de la concentración del mismo en el alvéolo.
La tercera razón explica que el aire atmosférico cuando pasa por la mucosas es humedecido por las mismas,
por lo que la entrada de aire con más vapor de agua explica el aumento del mismo, pero como la presión total
es la misma las concentraciones de los demás elementos deberán de sufrir disminuciones, lo que pasa es que
el aumento de CO2 por la segunda razón compensa con mucho la disminución de esta debido a entrada de
nuevos gases (Vapor de agua).
La membrana respiratoria:
Es el espacio que existe entre la sangre y el aire alveolar, en definitiva es el territorio que deben de atravesar el
O2 y CO2. ¿Que estratos deben de atravesar los gases?. Contando desde el lado alveolar, en primer lugar nos
encontraremos con:
Una capa de líquido y sufactante ===> Epitelio alveolar ===> Membrana basal epitelial ===> Espacio
intersticial ===> Membrana basal capilar ===> Endotelio capilar
La membrana respiratoria tiene un espesor de 0'6 micras u y una superficie total de 160 m2.
Difusión de gases a través de la membrana respiratoria.
Como hemos dicho anteriormente la membrana respiratoria es el tejido por el que los gases van pasar desde el
alvéolo al capilar mediante la difusión.
Factores de los que depende la difusión:
El grosor o espesor de la membrana: Pueden existir situaciones patológicas que engrosen anormalmente la
membrana como por ejemplo una fibrosis, un edema pulmonar, que dificulten la difusión gaseosa a través de
la membrana respiratoria.
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La superficie de la membrana (160 m2). Cuando se reduce la difusión por la reducción de la membrana
(extirpación de una parte del pulmón o de todo e mismo) puede afectar de manera importante a la difusión.
También cuando se produce una vaso dilatación una vaso constricción pulmonar se produce una disminución
o aumento de la membrana respiratoria.
El coeficiente de difusión de gas depende de la solubilidad del gas directamente y es inversamente
proporcional al peso molecular del gas. El Coeficiente de difusión del CO2 es 20 veces mayor que el del O2,
lo cual explica que el CO2 es más soluble que el O2.
El Gradiente de presión a un lado y a otro de la membrana: A mayor gradiente (diferencia de presiones /
concentraciones) mayor difusión y viceversa.
El Coeficiente ventilación / perfusión Va/Q
En condiciones normales existe un adecuado equilibrio entre el aire que lega a una zona de alvéolos
pulmonares y ala cantidad de sangre que llega a ese territorio pulmonar. Ahora bien, no todas las zonas del
pulmón están igualmente ventiladas (en condiciones normales el aire no se renueva uniformemente), además
de la misma manera a zonas habrán zonas no estén igualmente perfundidas, por lo que habrá de haber un
equilibrio entre estas zonas mal perfundidas y poco ventiladas.
Si se ventilaran zonas poco perfundidas, el rendimiento en el intercambio de sangre no va ser el adecuado, es
decir no se van a oxigenar adecuadamente esta sangre que se encuentra en zonas mal perfundidas. Aumenta lo
que se denomina espacio muerto (No hay intercambio gaseoso). Si Q => 0 Va/Q => infinito (aumenta el
espacio muerto)
Si no se ventilan zonas bien perfundidas Va => 0 Va/Q => 0 y en estas condiciones la sangre que pasa por los
pulmones se arterializará (habrá una mezcla de sangre arterial con sangre venosa), por lo que aumentará la
concentración de CO2 y disminuirá la de O2.
Maniobra de Heimlich. Maniobra que se realiza cuando un sujeto se asfixia por que se le ha quedado un
objeto obstruyendo las vías respiratorias.
TEMA 4
Transporte de gases por la sangre:
Transporte de CO2 Y O2
Presiones de CO2 y O2 en los pulmones, sangre y tejidos.
En condiciones normales la presión del N2 no tiene influencias, salvo en condiciones específicas como para
los practicantes de buceo, en los que un aumento elevado de N2 tiene gravísimas consecuencias.
Como sabemos los gases difunden del lado de mayor presión al de menos. Podríamos preguntarnos ¿que pasa
con el intercambio gaseoso y como llega la sangre venosa a la zona alveolar?.
La presión del O2 a nivel alveolar es de 104 mm. Hg.
La presión del O2 a nivel del capilar pulmonar es de 40 mm. Hg.
Como consecuencia de la diferencia de presiones existe un intercambio gaseoso de O2 entre el alvéolo y el
capilar, de forma que cuando ha realizado 1/3 de su recorrido las presiones se han igualado. Este equilibrio se
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logra forma muy rápida y una vez la Pr.O2 capilar (104 mm. Hg) = Pr. O2 alveolar (104 mm. Hg), la sangre
que abandona el pulmón sale con una concentración de 104 mm. Hg.
Esta sangre recibe en su viaje de retorno al corazón, a la sangre de territorio bronquial (la que irriga a los
pulmones), la cual no ha tenido intercambio, por lo cual aparece en la aorta una Presión menor (97 mm. Hg), y
en estas condiciones llega al tejido capilar que va a irrigar.
La Presión que existe en el espacio intersticial (entre el capilar (sangre) y la célula) es de 40 mm. Hg, por lo
cual la sangre pasará por difusión al espacio intersticial. Una vez aquí habrá un intercambio gaseoso con el
LIC. (líquido intracelular) que posee una presión de O2 de 25 mm. Hg y por otro lado a través del espacio
intersticial llegará a los capilares pulmonares con lo cual se reanudará el ciclo.
Con presiones tan bajas como 3 mm. Hg, son suficientes para mantener el mecanismo aeróbico (reacciones
oxidativas) de la (ciclo de Krebbs), por lo que si en condiciones normales el LIC. se encuentra a 25 mm. Hg,
existe un gran margen de seguridad.
Proceso de difusión del CO2 (Pregunta examen)
A nivel intracelular su presión es 46 mm. Hg (El CO2 se produce de manera constante y mantenida).
A nivel intersticial / sangre venosa es de 45 mm. Hg.
A nivel alveolar / sangre arterial es de 40 mm. Hg.
El transporte de O2 en la sangre.
La cantidad de O2 disuelta en el plasma es de un 3% del total de O2 que transporta la sangre, es decir, 0'3 ml.
por cada 100 ml. La presión parcial del O2 en el plasma es de 97% mm. Hg lo cual va ser muy importante
para el transporte del O2 pues dicha presión va a regular los movimientos de O2 del 97% restante.
La hemoglobina que es una molécula compleja tiene un átomo de Fe que se combina con el O2. Esta unión
entre el O2 y el Fe va a ser reversible, es decir la hemoglobina coge el O2 a nivel alveolar y lo cede a nivel
capilar en los tejidos. Además esta unión va a estar condicionada por la Presión parcial del O2.
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El % de Saturación es el O2 ligado a la hemoglobina dividido por la capacidad máxima de la hemoglobina por
ligar O2 X 100.
Si la Presión parcial de O2 aumenta el % de Saturación ===> 100%
Si la Presión parcial de O2 disminuye % de Saturación de la hemoglobina disminuye.
De esta manera cuando la hemoglobina pasa por territorios con % de saturación baja cede el O2, pues son
zonas donde hay una disminución de Presión de O2. Son zonas donde hay consumo (células).
En la sangre existe 16 g. X 100 ml. en los varones y 14 g. X 100 ml en mujeres.
Cada gramo de hemoglobina puede transportar 1'34 ml. de O2.
La capacidad máxima de transporte de O2 en la sangre 20 ml. X 100 ml. de sangre.
Para un 75% de Saturación de la hemoglobina corresponde un 15 ml. X 100 ml de sangre, lo cual significa
que los 5 ml. x 100 ml. de sangre de O2 restantes se perfunde a los tejidos en condiciones normales, por lo
cual se deduce que existe una gran reserva de O2 en la sangre.
Cuando disminuye la hemoglobina (Anemia), la capacidad total de transporte de O2 en la sangre disminuye.
La hemoglobina realiza un efecto que se denomina mecanismo amortiguador de la Presión O2 a nivel tisular.
Si la presión O2 aumenta en un tejido ==> tenderá el % de saturación a disminuir poco y por lo tanto la
hemoglobina cederá poco O2 a los tejidos.
Por el contrario si la presión de O2 disminuye en un tejido ==> La hemoglobina cederá O2.
Factores que modifican la curva de disociación O2 / Hb. Hb.= Hemoglobina.
El PH. La curva se desplaza hacia la derecha cuando se da un acidosis en la sangre, es decir un aumento de
hidrogeniones (ión hidrógeno) y hacia la izquierda cuando hay alcalosis.
El aumento de la presión de CO2 desplazará la curva hacia la derecha.
Un aumento de la temperatura desplazará la curva hacia la derecha.
Un aumento de las concentraciones de un metabolito llamado 2'3 Difosfoglicerato (que deriva de las vías
metabólicas glucolíticas) desplazaría la curva hacia la derecha. Se le atribuye un efecto regulador de la
concentración de O2. Este metabolito aumenta cuando lo hace la actividad metabólica. Lo que ocurre es que
para la misma presión de O2 hay un menor porcentajje de saturación.
Como consecuencia de esto se produce un aumento de la disponibilidad de O2 a nivel tisular porque se libera
antes el O2. Si se produce un aumento del CO2, hay un aumento de la concentración de hidrogeniones o
acidosis, por lo que disminuye el PH.
La disminución del PH, el aumento de la concentración de 2.3 Difosfogllicerato y el aumento de la
temperatura desvían la curva hacia a la derecha. La disminución de la tª produce un desplazamiento hacia la
izquierda.
Durante el ejercicio, los músculos producen más cantidad de CO2, por lo que habrá un aumento de la acidosis.
Al entrar en juego la vía glucolítica, cuando se acaba el ATP hay un aumento del metabolito 2.3.... y la
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actividad muscular genera un aumento de la tª, por lo que todos estos factores hacen que la curva se desplace
hacia la derecha.
El Efecto Böhr
Consiste en las influencias de las presiones parciales del CO2.. A nivel del tejido y como consecuencia de la
actividad muscular hay un aumento de la producción de CO2, que como hemos dicho anteriormente
desplazará la curva hacia la derecha, por lo que la hemoglobina liberará más O2.
Esta sangre venosa poseerá un bajo porcentaje de saturación de O2 a nivel de la hemoglobina, Cuando esta
sangre venosa llega a los pulmones, el CO2 pasa con una enorme facilidad al espacio alveolar y la presión de
CO2 volverá a ser normal, por lo que la curva de saturación volverá a ser normal y así la hemoglobina
alcanzará el 100% de saturación, de esta manera se asegura la liberación total en los tejidos y la captación
total en los pulmones.
Los otros factores no tienen la facilidad de la reversibilidad ya que el 2'3 ...y la tª pueden afectar de forma
permanente la desviación de a curva hacia la derecha y alteran la máxima capacidad de captación de O2 por la
hemoglobina.
La Mioglobina.
La mioglobina es una molécula similar a la Hemoglobina, pero que en su estructura solo contiene un átomo de
Fe. Se combina de forma reversible con el O2 y se encuentra en el interior del músculo. Esta forma de
combinación reversible con el O2 sigue un patrón diferente. Su unión depende de la presión parcial de O2 en
el medio intracelular. y tiene la particularidad que la curva de disociación está desplazada más hacia la
izquierda que la curva de disociación de O2/Hb.
¿Que significado le damos a que la curva de una este más desplazada a la izquierda que la otra?.
En primer lugar se observa que la mioglobina solo liberará el O2 para presiones parciales muy bajas de O2. Si
la presión de O2 a nivel tisular es de 40 la liberación de O2 por parte de la mioglobina es casi nula en
comparación con la de la hemoglobina. Si la presión a nivel tisular del O2 es muy baja (<10), es cuando se
libera O2 de la hemoglobina, lo cual nos indica que este mecanismo solo entra en funcionamiento cuando el
compromiso de O2 a nivel celular es grande, por ejemplo, al comienzo de un esfuerzo, en el que la demanda
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de los sistemas de oxigenación a los músculos son máximos. Por lo que concluimos que la mioglobina
constituye un reservorio de O2. Las fibras lentas tiene una mayor cantidad de mioglobina.
Transporte de CO2 en la sangre.
El CO2 se transporta en la sangre de 3 maneras diferentes:
Una pequeña cantidad, alrededor de un 5/7% se transporta disuelto en el plasma, y este pequeño porcentaje de
CO2 va a ser el responsable de la presión parcial de CO2 en los pulmones, cuyas presiones parciales son las
siguientes: 45 mm. Hg en sangre venosa y 40 mm. Hg en sangre arterial.
Otra parte de CO2 se transporta en sangre en forma de bicarbonato. En el interior de los eritrocitos existe una
enzima llamada anhidrasa carbónica que va a permitir la formación de ácido carbónico a partir del CO2 y el
H2O. El ácido carbónico (CO3H2 se disocia a su vez dando por un lado bicarbonato y por otro hidrogeniones
(H+). Estos, a su vez son neutralizados por aniones y el bicarbonato se difunde con enorme facilidad en el
plasma.
Al llegar a los pulmones esta ecuación se desplaza hacia la izquierda, llegando a los pulmones donde se va
eliminar el CO2
La tercera forma de transporte son los llamados compuestos carbamínicos (carbamino hemoglobina), qu
van a unidos a la hemoglobina ya otras substancias (proteínas). La unión del CO2 a la hemoglobina es
reversible y está condicionada por la presión parcial del O2:
Cuando la presión parcial del O2 en el plasma aumenta, el O2 es capaz de desplazar el CO2 de la
hemoglobina.
Cuando la presión parcial del O2 en el plasma disminuye, se facilita la unión del CO2 con la hemoglobina y
de este modo coopere en el transporte.
TEMA 5
La respiración pulmonar y el ejercicio físico.
1.− La ventilación.
¿Que ocurre con la ventilación pulmonar durante el ejercicio físico?. Evidentemente la ventilación aumenta.
Aumenta la frecuencia y la profundidad respiratoria, por lo tanto aumenta el volumen corriente nº litros/min.
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Además este aumento va a ser directamente proporcional a ala intensidad del esfuerzo.
¿Que es mejor, respirar por la nariz o respirar por la boca?.
La respiración por la nariz tiene una serie de ventajas, ya que al entrar en contacto con las fosas nasales este
aire se humidifica, se filtra y se calienta. Pero durante un ejercicio intenso se va a aumentar el volumen
respiratorio, lo cual va a producir turbulencias, por lo que consecuentemente se va a aumentar también la
resistencia al flujo de aire por las vías respiratorias y como consecuencia de ello hay un aumento del trabajo
ventilatorio. Parte de la energía destinada al trabajo muscular se dedicará al trabajo ventilatorio y habrá con
ello una fatiga precoz.
En resumen se desaconseja respirar solamente por la nariz si los volúmenes de aire son elevados porque sino
disminuye el rendimiento. Se puede respira por la nariz hasta lo que espontáneamente seamos capaces de
aguantar.
2.−Volumen respiratorio y Potencia de esfuerzo.
Para trabajos ligeros y moderados existe una relación lineal entre el volumen minuto respiratorio y el aumento
de cargas, pero a partir de una intensidad de trabajo moderada alta se pierde esta linealidad. ¿Cual sería la
interpretación de esta pérdida de la linealidad?.
En primer lugar toda la primera parte de la curva es lineal y esto se explica por el mecanismo del CO2. Como
consecuencia de del ejercicio físico se produce un aumento del metabolismo muscular, por lo cual habrá un
aumento de la producción de CO2 (por vía oxidativa) y esto a su vez provocará un aumento de la ventilación
pulmonar para eliminar el CO2 y captar O2.
La curva se rompe cuando además de lo anterior hay una producción extra de CO2 por el tamponamiento de
los Hidrogeniones que se produce como consecuencia de la participación del metabolismo energético
anaeróbico. que produce lactato (Sistema de tamponamiento de PH).
CO2 + H2O ==> CO3H2 ==> CO3H− + H+
Los hidrogeniones son tamponados por aniones (proteínas, etc..). Esta ecuación se encuentra en equilibrio, por
lo que si hay un aumento de CO2 la ecuación se desplazará hacia la derecha y si por el contrario hay un
aumento de hidrogeniones (Lactosis) va a ver una aumento consiguiente de la producción de CO2 (la ecuación
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se desplazará a la izquierda), que a su vez a producir una estimulación extra del centro respiratorio vulvar para
eliminar el CO2 a través de los pulmones.
Esta es una de las maneras para estimar el punto de umbral anaeróbico de las personas.
El ejercicio lleva implícito una mejor ventilación de aquellas zonas que están poco ventiladas, y esta mayor
ventilación viene acompañado por un aumento de la perfusión pulmonar, por lo que aumentará el gasto
cardiaco, además de aumentar los mecanismos de difusión alveolo−capilar.
3.− Aspectos reguladores durante el ejercicio.
Es difícil explicar la regulación de la respiración haciendo solo referencia a la presión del O2 y del CO2. por
lo que tienen que existir algunos mecanismo que puedan explicar además de los primeros (factores puramente
químicos) la Hipernea o hiperventilación.
La 1ª hipótesis hace referencia que con el ejercicio hay un aumento en la sangre de catecolaminas a cuenta de
las aminas simpáticas (adrenalina, noradrenalina, etc..) que aumentarán la sensibilidad de los
quimioreceptores que intervienen en la regulación de la ventilación, de forma que pequeños cambios en los
niveles de CO2 harán que produzcan una mayor cantidad de hidrogeniones y por lo tanto una mayor
ventilación.
La 2ª hipótesis hace referencia que junto con las ordenes motoras que parten de la corteza cerebral en
dirección a los músculos habrá una estimulación de unas neuronas que conectarán con las neuronas del centro
respiratorio, de tal modo que se producirá una orden simultánea de movimiento voluntario motor y
movimiento involuntario del sistema respiratorio.
La 3ª nos dice que señales nerviosas de tipo periférico procedentes de las articulaciones, tendones, etc..
producirán la activación de centro respiratorio por activación de la musculatura.
La 4ª nos dice que un aumento de la temperatura tiene un efecto estimulante del centro respiratorio. Ya que
durante el ejercicio se da un aumento de la tª, es lógico pensar que se estimulara el centro respiratorio.
4.− Transporte y liberación de O2 durante el ejercicio.
La hemoglobina saturada al 100% transporta 20 ml. de O2 por cada 100 ml. de sangre arterial. La
hemoglobina en la sangre venosa está saturada al 75% y tiene por lo tanto 15 ml. de O2, por lo que en los
tejidos se queda 5 ml. de O2 en condiciones normales.
Durante el ejercicio físico la presión de O2 a nivel tisular baja mucho de 15 ml., por lo tanto la saturación de
O2 en la hemoglobina viene a quedarse en torno a valores del 20%. Por ello el 80 % restante de O2 se va a
quedar en los tejidos. Podemos decir que durante el ejercicio físico aumenta la necesidad de O2 por parte de
los tejidos, que llegan a quedarse con un 80 % del total de O2 que lleva la hemoglobina.
A esta disminución de la presión parcial de O2 por consumo en los tejidos, se suma el desplazamiento hacia la
derecha por aumento de la acidez, aumento de la temperatura, aumento de CO2 y del 2'3 difosfoglicerato de la
curva de disociación Hb/O2, que facilita la liberación de O2 por la hemoglobina a nivel tisular.
Este cambio es compensado por el efecto Böhr, es por ello que aumenta la liberación de O2 en los tejidos.
5.− Adaptación de la respiración al entrenamiento.
Durante el ejercicio se produce un aumento del equivalente respiratorio.
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Volumen respiratorio minuto: Consumo de O2 (VO2).
VO2 = al número de litros aire que un individuo puede consumir en un minuto de tiempo.
Este parámetro aumenta con la intensidad del ejercicio y en los individuos no entrenados aumenta con
respecto a aquellos entrenados. El que el VO2 disminuya conlleva una serie de ventajas:
Al disminuir el nº de litros de aire que necesita por cada litro de O2 que consume este individuo realiza un
ahorro del trabajo ventilatorio y esto supone una mejora del rendimiento ya que el trabajo respiratorio es
fundamentalmente muscular y se realiza a expensas del O2.
A igualdad del volumen respiratorio minuto en individuo entrenado trabaja con frecuencias respiratorias
menores. (Volumen corriente mayor). El aire por tanto estará más tiempo en los pulmones y se facilitará la
difusión de O2 hacia la sangre a través de los alvéolos por cada litro de aire, pro tanto el aprovechamiento de
aire será mayor.
6.− Modificación de los parámetros expirométricos.
Analizando sujetos con características antropométricas similares (edad, altura, superficie corporal), se
compararon los distintos parámetros expirométricos y se llegó a la conclusión de que no existen diferencias
significativas en ninguno de los dos grupos: el de control y de los maratonianos, por ello se puede decir que
estos no se modifican con el entrenamiento.
Si que existe diferencias entre deportistas que practican buceo y natación en su parámetros expirométricos. En
general podríamos decir que los deportistas tienen una mejor función respiratoria ya que trabajan los músculos
respiratorios con el entrenamiento.
7.− Hiperventilación y contención de la respiración.
Realizaremos la siguiente prueba: Realizaremos una inspiración máxima y nos mediremos cuanto tiempo
aguantamos, luego tras un periodo de reposo realizaremos una hiperventilación y volveremos a medir el
tiempo que aguantamos sin respirar.
Datos Coque: Insp. máx. 1'30" Hiperventilación 2'15".
Según datos estadísticos se considera normal valores > 45" después de una inspiración máxima y > 15"
después de una expiración máxima.
Según contrastemos los tiempos nos damos cuenta que los tiempos aumenta después de hayamos
hiperventilado. ¿Cual es la causa por al cual hayamos aumentado el tiempo?.
Durante la hiperventilación hay una bajada de la presión parcial CO2 en el organismo, por lo que la presión de
CO2 se aleja de su umbral que provoca la activación ventilatoria por encima del control voluntario, que esta
situada en torno a los 50 mm. Hg . Por lo que cuando el individuo supera dicha cantidad el estimulo químico
que provoca la activación de la respiración involuntaria es mayor que la fuerza de contención de a respiración
por parte del individuo.
Como consecuencia de la hiperventilación se produce un proceso de baja concentración de hidrogeniones que
producirá alcalosis, lo cual provocara en le individuo un mareo transitorio. Si la hiperventilación ha sido
grande, el periodo de contención es excesivamente largo produce una disminución de la actividad neuronal del
individuo (vaso constricción a nivel de los capilares en el cerebro), que dependiendo del medio en el que se
encuentre podría ser fatal, ya que hay una pérdida del conocimiento. (por ejemplo los buceadores a pulmón
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libre)
8.− Hábito de fumar, ventilación pulmonar y ejercicio físico.
El hábito de fumar dificulta en cierta manera la tarea física, ya que se produce un aumento de la resistencia al
paso del aire, que provocará en el individuo un aumento del trabajo respiratorio. Es lógico pensar que el
trabajo respiratorio aumentará en mayor grado en los fumadores que en los no fumadores si se realiza
cualquier esfuerzo a una cierta intensidad. Es sobre todos en los llamados fumadores crónicos en los que se
manifiesta con mayor intensidad este fenómeno ya que tienen una enfermedad llamada broncopatía
obstructiva crónica que les dificulta en gran medida el trabajo respiratorio.
Para individuos entrenados fumar es perjudicial ya que tiene que mover un mayor volumen de O2 por lo que
se fatigan antes. Se ha comprobado que la abstinencia de 24 antes de realizar cualquier ejercicio físico reduce
significativamente la resistencia al paso de aire y además se da casos en que la sensación psicológica de
asfixia ya no es tan grande .
El humo del tabaco contiene monóxido de carbono CO que tiene una afinidad mayor que el O2 por
combinarse con la hemoglobina. Se ha llegado a constatar que los fumadores por este motivo tienen una
reducción en torno al 10% de la capacidad de transporte de O2 en la sangre.
9.− Oxigenoterapia
La hemoglobina se satura al 100%, y esto se consigue respirando aire al nivel del mar por lo que el hecho de
que suministremos más oxigeno a una persona no le va suponer ninguna mejoría. Además incluso dar O2 a
concentraciones muy altas puede ser incluso perjudicial para la membrana respiratoria.
En definitiva la administración de O2 a latas presiones no modifica la saturación de la hemoglobina, ya que
esta solo se satura al máximo al 100% pero nunca a concentraciones más altas.
Solamente se usa la oxigenoterapia para enfermos con dificultades para respirar y algunas veces para
deportistas que al final del esfuerzo han quedado extenuados, aunque en estos últimos se desaconseja su uso y
es preferible que se recuperen sin la intervención del O2 directo.
El caso de los alpinistas es diferente, ya que la presión disminuye con la altura, por consiguiente la presión
parcial de O2 también disminuirá, lo cual conllevara una disminución de la saturación máxima de la
hemoglobina que ya no será al 100%, por lo que el uso del oxigeno es adecuado.
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