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0:01este es el seminario 9 de fisiología
0:04cardiorrespiratoria de la unidad
0:06académica 1 de la universidad de buenos
0:09aires
0:10yo soy andrés mácula y los temas de este
0:14seminario van a ser ventilación pulmonar
0:16y alveolar difusión alvéolo capilar y
0:20biofísica aplicada a la fisiología
0:23respiratoria
0:26los objetivos de esta clase son analizar
0:29los cambios en la presión del oxígeno y
0:32el dióxido de carbono como consecuencia
0:34de la respiración y comprender cuál es
0:37el rol del aparato respiratorio en ese
0:39fenómeno
0:41de escribir la difusión y mató al violar
0:43mediante la ley de fic conocer y aplicar
0:46al análisis de los gases que participan
0:49en la ventilación la ley de los gases
0:51ideales la ley de dalton y la ley de
0:54henry
0:55comprender y discriminar los conceptos
0:58de ventilación pulmonar y alveolar
1:01calcular el espacio muerto con la
1:03ecuación de board y comprender su rol
1:05fisiológico
1:07identificar a la presión de dióxido de
1:10carbono como indicador de ventilación al
1:12violar y estimar la presión al velar de
1:15oxígeno mediante la ecuación del gas
1:17alveolar
1:20y el aparato respiratorio es el conjunto
1:23de órganos que poseen los seres vivos
1:25con la finalidad de intercambiar gases
1:28con el medio su estructura y función es
1:31muy variable según el tipo de organismo
1:33y su hábitat
1:36podemos decir que la evolución ha
1:38encontrado muchos caminos de resolver el
1:40intercambio de gases con el medio y
1:43estructuralmente las diferencias entre
1:46especies en este sistema son mucho más
1:48notables que en otros sistemas como el
1:51circulatorio el digestivo y también el
1:54nervioso
1:56y el hombre los demás mamíferos y
1:59también aves y reptiles tienen como
2:01órgano principal de ese aparato al
2:03pulmón cuya función es favorecer el
2:06intercambio de gases entre la sangre y
2:08el aire al violar con el menor gasto de
2:11energía posible
2:13de todos los órganos respiratorios
2:15presentes en las diferentes especies el
2:18pulmón es el más eficiente conocido es
2:21el que logra extraer mayor cantidad de
2:23oxígeno
2:25con menor movilización de flujo
2:27convectivo
2:30para que el pulmón pueda realizar su
2:32función necesita de músculos que generen
2:35los gradientes de presión para movilizar
2:37el aire y de una bomba el corazón que
2:40moviliza la sangre
2:42todo esto asociado en un sistema de
2:44control complejo que incluye receptores
2:47referencias y centros integradores
2:51esta movilización de aire no solo sirve
2:55para la ventilación también sirve para
2:57la fundación con toda la importancia que
3:00ello tiene para la comunicación entre
3:02individuos de diferentes especies
3:04también para la olfacción en algunas
3:07especies fundamental para encontrar
3:09comida detectar peligros identificar el
3:12territorio y hasta castellar conductas
3:14sexuales
3:16también se produce un intercambio
3:17térmico en el aire que entra y sale que
3:20en algunas especies es fundamental para
3:23la termorregulación
3:25y hay un sinfín de conductas que pueden
3:27realizarse con esta movilización de aire
3:31por ejemplo ahora yo estoy hablando
3:33las palabras que digo están siendo
3:36producidas por el flujo de aire que al
3:40expirar mueve las cuerdas vocales
3:43yo estoy forzando mi aspiración para
3:45empujar las moléculas de aire generando
3:47esas ondas mecánicas longitudinales
3:51el aire de esta habitación que este
3:53micrófono que tengo frente a mí capta
3:55esa computadora graba y esos parlantes o
3:59auriculares que ustedes tienen en sus
4:01casas vuelven a generar y ustedes están
4:03escuchando
4:05el aire que entra y sale de mis pulmones
4:07para generar estas palabras también está
4:11realizando entonces y yo voy a tener que
4:14negociar
4:15cuántas pausas tengo que dar cuánto
4:18puedo hablar de corridos antes de
4:20desmayarme porque estoy alterando la
4:23concentración de mis gases en sangre
4:25estoy alternando el ph incluso porque la
4:28ventilación también regula el equilibrio
4:31ha sido base sí pero ventiló mucho voy a
4:35tener una mica losa y respiratoria y a
4:36lo mejor va a disminuir mis flujo
4:38sanguíneo cerebral y me voy a desmayar
4:40bueno todas esas cosas deben negociarse
4:44porque no hay manera de que yo le avisé
4:47a mis alveolos que este aire no es para
4:51ventilar es éste de no es para demás
4:53dosis este es para hablar no más
4:56todo eso hay que tenerlo en cuenta
4:59más allá de la histórica relación
5:01popular entre la respiración y la vida
5:05que es incluso bíblica se dice que dios
5:08le dio un soplo de vida a adán
5:11e hizo a eba a partir de una costilla es
5:13una parte del aparato respiratorio hubo
5:16que esperar hasta el siglo 18 para que
5:19el hombre entienda que los pulmones y la
5:24respiración servían para el intercambio
5:26de gases con el medio
5:29para citar un ejemplo escritos
5:31atribuidos a hipócrates dicen que el
5:33maestro de coss creía que los pulmones
5:36servían para enfriar el corazón
5:39y así una innumerable cantidad de
5:41hipótesis que hoy en día suenan
5:44ridículas hasta que en el siglo 18
5:46diversos experimentos químicos y un
5:49camino sinuoso nos y días y vueltas
5:52llevó a qué
5:54ya entrando al siglo 19 los fisiólogos y
5:58químicos tenían claro que la respiración
6:01al igual que la combustión y que la
6:04putrefacción son reacciones químicas que
6:07consumen oxígeno y producen dióxido de
6:09carbono
6:11hoy entendemos que esa reacción química
6:14ocurre dentro de las mitocondrias de
6:17nuestros tejidos y podemos dividir a la
6:21respiración en una respiración externa
6:25y una respiración interna
6:28respiración externa vamos a llamar a la
6:32movilización de oxígeno desde la
6:34atmósfera hacia la mitocondria y de
6:37dióxido de carbono desde la mitocondria
6:40hacia la atmósfera
6:42y respiración interna es la
6:45fosforilación oxidativa que ocurre
6:48dentro de la mitocondria
6:51podemos entender a la respiración en su
6:54conjunto comparándola con una cadena con
6:59diferentes eslabones articulados e
7:01interrelacionados entre sí
7:04para que la respiración se lleve a cabo
7:07todos estos eslabones son necesarios
7:10y dependen el uno del otro
7:14el primer eslabón
7:16es la ventilación y entendemos por
7:19ventilación al movimiento convectivo de
7:22aire que intercambia gases entre la
7:25atmósfera y el alveolo
7:28el segundo eslabón es la difusión
7:31a nivel de la barbera que mató al violar
7:35los gases difunden movilizados por su
7:39gradiente de concentración desde donde
7:41están más concentrados a donde están
7:43menos concentrados
7:45esta difusión está determinada por la
7:49correcta relación entre la ventilación y
7:52la perfusión y llamamos para fusión al
7:56movimiento convectivo de sangre
7:58movilizado por la bomba que es el
8:00corazón
8:02y esa sangre es la que transporta los
8:04gases disueltos hacia el pulmón y desde
8:07el pulmón
8:09la perfusión depende del flujo sanguíneo
8:12pulmonar
8:14estos cuatro primeros eslabones están
8:17absolutamente interrelacionados para que
8:20la difusión sea posible necesito que
8:23haya una ventilación y un flujo
8:27sanguíneo pulmonar o sea una perfusión y
8:30además la relación entre la ventilación
8:32y la perfusión debe ser la correcta
8:36pero esta sangre tiene que ser capaz de
8:39transportar los gases tiene que tener la
8:41capacidad de transportar la cantidad
8:44suficiente de gases
8:47entonces el quinto eslabón es el
8:49transporte de gases por la sangre
8:52su capacidad de transportar gases va a
8:55depender de proteínas los pigmentos
8:58temáticos la hemoglobina en nuestros
9:01tejidos
9:02vital para que sea capaz de cargar las
9:06concentraciones necesarias para que los
9:08tejidos sobrevivan
9:10pero no alcanza con transportar la
9:12sangre también debe ser transferida a
9:15los tejidos
9:18y dentro de los tejidos el séptimo
9:21eslabón fundamental es que debe ocurrir
9:23la fosforilación oxidativa
9:26y esa sangre
9:28tiene el oxígeno que la mitocondria va a
9:31usar
9:33a oxidar compuestos con carbono como la
9:36glucosa para generar a partir de el atp
9:39y dióxido de carbono este atp es
9:44necesario para la vida para mantener la
9:46homeostasis
9:48una falla en cualquiera de estos
9:51eslabones implica que la cadena se rompa
9:55y que la respiración no se lleve a cabo
9:57la célula no disponga de ese atp
10:01y no sea posible el mantenimiento de la
10:03homeostasis ni de la vida
10:07los gases atraviesan la barrera del
10:10manto al velar por difusión y también
10:12ingresan en la célula atravesando la
10:14membrana plasmática por difusión
10:16si entendemos que el fenómeno de la
10:18respiración implica utilizar el oxígeno
10:22extraído de la atmósfera para oxidar
10:26dentro de las mitocondrias compuestos
10:29con carbono y formar a partir de ello
10:32dióxido de carbono y atp
10:36el fenómeno de la difusión debe ser
10:38analizado más en detalle
10:41para esto tomaremos como ejemplo a un
10:44organismo unicelular primitivo que se
10:47encuentra dentro de un líquido que está
10:50en un recipiente
10:53ese rectángulo
10:56supongamos que es nuestro pequeño
10:57organismo unicelular
11:00está agrandado no está escala
11:04el líquido que hay aquí adentro es agua
11:06a 37 grados centígrados y ese agua se
11:10encuentra en equilibrio con el aire
11:12atmosférico
11:13y el aire atmosférico está a 760
11:16milímetros de mercurio de presión que es
11:18el valor de la presión a nivel del mar
11:22y tiene un 21% de oxígeno que
11:25representan 159 milímetros de mercurio
11:30es aire seco
11:34el aire que está por encima de nuestro
11:37recipiente con agua se encuentra en
11:39equilibrio con el agua por lo tanto está
11:42saturado de agua y la presión de vapor
11:45de agua
11:46a 37 grados es 47 milímetros de mercurio
11:50o sea que este aire que está aquí que
11:53llamaremos aire húmedo
11:56qué es una capa de aire no agitada que
11:58está por encima del agua tiene una
12:00presión de vapor de agua de 47
12:02milímetros de mercurio y está saturado
12:04de vapor de agua ya está en equilibrio
12:06con el agua
12:08el vapor que se vuelve utiliza es igual
12:11a la cantidad de vapor que se condensa y
12:14vuelve a ser líquido
12:16como la presión está también en
12:19equilibrio entre la atmósfera libre y
12:22esta capa de aire y es 760 millones de
12:25mercurio aquí arriba y también aquí
12:27adentro
12:28la proporción de los gases que están en
12:31el aire acá deben respetar el espacio
12:34que les deja el vapor de agua el borde
12:37de agua ocupa 47 minutos de mercurio que
12:40dan 713 milímetros de mercurio para los
12:43demás gases entonces la cantidad de
12:45oxígeno y dióxido de carbono que hay en
12:48este aire húmedo es ligeramente inferior
12:51al que hay en el aire seco en fase libre
12:54el oxígeno aquí es 159 milímetros de
12:57mercurio de presión parcial y aquí
12:59adentro 149
13:02este oxígeno está en equilibrio con el
13:04oxígeno disuelto en el agua la cantidad
13:08de oxígeno que se disuelve es igual a la
13:10que se volatiliza y podemos expresar la
13:13concentración de oxígeno disuelto
13:15también como la presión parcial con la
13:18que se encuentra en equilibrio mediante
13:20la ley de henri que veremos más adelante
13:21en esta misma clase
13:24y en el agua al igual que en la capa de
13:28aire húmedo va a ser de 149 milímetros
13:30de mercurio y la concentración de
13:32dióxido de carbono expresada también
13:34como milímetros de mercurio va a ser
13:37prácticamente despreciable es 0.2
13:40milímetros de mercurio dentro fuera y en
13:43fase libre también mínimamente menor
13:45pero siempre prácticamente despreciable
13:54ahora analizamos la situación de nuestro
13:56organismo unicelular
13:59en él hay una mitocondria o una serie de
14:02mitocondrias que están consumiendo
14:03oxígeno y produciendo dióxido de carbono
14:06esto está generando un gradiente de
14:09concentración entre el oxígeno entre la
14:12mitocondria y la fase de líquido libre
14:16el líquido libre está en equilibrio con
14:19el aire que está por fuera y tiene las
14:23mismas concentraciones de oxígeno y
14:24dióxido de carbono que el mismo que
14:26definimos recientemente rodeando la
14:29célula hay una capa extracelular no
14:31agitada que se denomina así porque es
14:34una capa que está conectando a la
14:35membrana que no se mueve y no se mezcla
14:37por convección
14:40a través de esta capa el movimiento es
14:42difusivo y aquí estamos viendo cómo va
14:45cayendo la concentración de oxígeno en
14:47función de la distancia lentamente
14:49esto representa la capa extracelular no
14:52agitada
14:54el tamaño no es escala no es está
14:57simplificado por cuestiones didácticas
15:00luego hay otro fenómeno difusivo a
15:03través de la membrana plasmática la
15:05pendiente cae en ambos casos la
15:08concentración que esto representa cierta
15:10resistencia que la membrana está
15:11poniendo la asistencia en la ley de fic
15:13se expresa como el coeficiente de
15:15difusión que también se puede expresar
15:17como coeficiente de fusión por
15:19permeabilidad y representa la mayor o
15:22menor resistencia que pone o el líquido
15:25a que alguna partícula difunde en él o
15:28la membrana a que una partícula lo
15:29atraviese
15:32y en el interior de la célula una vez
15:33más hay otra capa en atrás el grano
15:35agitada a través de la cual hay una
15:37difusión hacia la mitocondria
15:40si queremos analizar la difusión a
15:43través de la membrana vemos que la
15:46diferencia de concentración que en este
15:48caso expresamos como presión por la ley
15:51de henry o sea el del tape a ambos lados
15:53de esta membrana está disminuido por la
15:57capa extrae intracelular no agitada la
16:01diferencia de concentración que llega
16:02que determina la magnitud del flujo es
16:05menor que la que habría si estas dos
16:08capas fueran más chicas eso hace que el
16:11flujo difusivo sea menor que el que
16:14podría hacer en un organismo que agregue
16:16mecanismos de convección externos o
16:18internos
16:20hay muchos organismos que sobreviven de
16:22esta manera un flujo difusivo más chico
16:25entregará menor cantidad de oxígeno que
16:28servirán para un metabolismo menos
16:30demandante y sobre todo en un organismo
16:32pequeño hay que recordar que el tiempo
16:34necesario para la difusión de algo es
16:37proporcional al cuadrado de la distancia
16:38pero cuando el organismo empieza a
16:40crecer y empieza a necesitar más oxígeno
16:44para sobrevivir esto ya no es suficiente
16:47para eso la naturaleza ha encontrado
16:50diferentes maneras de achicar el tamaño
16:53de esta capa extracelular no agitada o
16:56intracelular
17:00por ejemplo si agregamos un mecanismo de
17:02convección externo achicamos al máximo
17:06el tamaño de esta capa de extras el
17:08grano agitada y hacemos que la
17:11diferencia de presión a ambos lados de
17:12la membrana sea mayor al tener un delta
17:15p mayor aquí
17:17tenemos más flujo neto insisto que en la
17:20ley de fin que estoy escribiendo la
17:23diferencia de concentración
17:25y en los líquidos estoy refiriéndome a
17:28la misma como diferencia de presión
17:30porque mediante la ley de ejemplo vamos
17:33a entender más adelante en esta clase
17:36cómo es que las presiones parciales de
17:38gases disueltos determinan su
17:40concentración y por conveniencia usamos
17:44la presión parcial como manera de
17:46expresar la concentración de un gas
17:48disuelto en un líquido
17:50acá vemos como el mecanismo como activo
17:53externo ha aumentado la diferencia de
17:56presión a ambos lados de la membrana y
17:58ha aumentado la magnitud del flujo
18:00todavía en el interior de las células no
18:03hay ningún mecanismo convectivo es una
18:05sola pequeña el flujo alcanzará por lo
18:08que sigue habiendo una capa intracelular
18:10no agitada
18:13un organismo más complejo ya multi
18:16celular puede agregar además un
18:18mecanismo de convección interna que
18:20achique el tamaño de esa capa
18:22intracelular no agitada al hacer esto
18:25también vamos a aumentar más aún la
18:29diferencia de presión a ambos lados de
18:30la membrana y aumentará más el valor del
18:33flujo neto difusivo
18:38y llegamos al ejemplo de un corazón de
18:40cuatro cavidades como es el que tenemos
18:43nosotros
18:44en este el tamaño de la capa no agitada
18:48que hay por fuera de la membrana
18:50alveolar es lo más chico posible hay una
18:54caída en la concentración de oxígeno que
18:56vamos a entender más adelante en esta
18:58clase cuando veamos la cascada de
18:59oxígeno pero la concentración de oxígeno
19:02por fuera de la membrana y material aros
19:06en el aire a albiol ar es lo más grande
19:08posible
19:09y la de día de acción carbono
19:12lo menor posible
19:15está maximizando entonces la diferencia
19:18de presión a ambos lados de la membrana
19:19y encima del mecanismo de convección
19:22interno presenta un corazón de cuatro
19:25cavidades que hacen que las sangres no
19:28se mezclen o se mezclen lo menos posible
19:30y eso también maximiza la diferencia de
19:33presión a ambos lados el gradiente de
19:37oxígeno para entrar no está comparado
19:40con la sangre arterial sino con la
19:41venosa mixta y lo mismo ocurre con el
19:44dióxido carbono el dióxido carbono para
19:46salir no se establece su diferencia de
19:48concentración con el diccionario no
19:50arterial sino con el dióxido carbono en
19:52la sangre venosa mixta o sea el oxígeno
19:54llega tan de shock siguen a dos como se
19:57puede para tener la mayor posible
19:59diferencia de presión y tan cargado de
20:02dióxido de carbono como se puede para
20:04también obtener la mayor diferencia de
20:06presión y el flujo difusivo más grande
20:08posible y a nivel de las células al
20:10revés llega a las mitocondrias muy
20:12cargado de oxígeno
20:14y sale muy poco cargado hacia él se
20:16establece una diferencia de
20:17concentración gigantesca
20:19en este gráfico en las ordenadas estaría
20:22planteada la concentración la caída de
20:24concentración entre los anales
20:26mitocondrias extrema y a la inversa con
20:29el dióxido carbono esto maximiza los
20:33flujos difusivos para satisfacer las
20:36necesidades metabólicas de un organismo
20:38evolucionado como es aquel que tiene un
20:41corazón de cuatro cavidades
20:43pero también el pulmón maximiza el flujo
20:46difusivo utilizando otros mecanismos la
20:49membrana de mató al violar es
20:51extraordinariamente delgada delta x es
20:54muy chico y el área de intercambio es
20:56gigantesco
20:58según west llega a 140 metros cuadrados
21:03entre 140 y 100 metros cuadrados de
21:05superficie de intercambio
21:08esto hace que el flujo neto difusivo
21:12mezclado a esos mecanismos de convección
21:15interna y externa que maximizan la
21:17diferencia de presión o concentración a
21:20ambos lados de la membrana sea
21:21extraordinariamente eficiente tal es así
21:24que a nivel del mar y en condiciones de
21:26reposo el oxígeno llega al equilibrio
21:29con el capilar en un tercio del tiempo
21:33que tiene
21:35esto es parece redundante pero no lo es
21:38porque es muy útil en cuando aumentan
21:41los flujos por ejemplo durante el
21:43deporte o en la altura o cuando algo
21:45anda mal cuando hay alguna disfunción
21:47pulmonar este margen de seguridad se
21:52agradece
21:55para seguir profundizando en nuestra
21:57comprensión del fenómeno respiratorio
22:00tenemos que entender qué son los gases y
22:04cómo se comportan a esto lo vamos a ver
22:06en la próxima parte de esta clase