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• Antonio Ramallo

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Actividad Practica N° 5

Unidad 5: Biofísica de la Respiración. Objetivos específicos:  Reconocer en la atmósfera, el medio en el cual está inserto el ser humano, y como este medio se relaciona con el funcionamiento del sistema respiratorio.  Analizar el comportamiento de las presiones de los gases atmosféricos, tanto en la respiración externa como la interna. Contenidos: Mecánica respiratoria; presión pulmonar, pleural y de la vía aérea. Presión del vapor de agua. Presión del aire inspirado, espirado y alveolar; composición de los mismos. Intercambio gaseoso en la interfase alveolo-capilar. Leyes de los gases y El Sistema Respiratorio. Estática. Modelo Mecánico. Elasticidad. Propiedades mecánicas. Surfactante. Tensión superficial. Presión transmural. Dalton: La atmósfera y las presiones parciales de los gases. Fick: Difusión. Henry: velocidad de difusión. Graham: Solubilidad. Gases en sangre y saturación. Lectura e interpretación de un hemograma, sus valores y unidades. 1) Mencionar al menos 3 elementos que conforman el aparato respiratorio y señalarlos en el esquema. Tráquea, Bronquios, broquíolos, parénquima pulmonar, pleura, diafragma, caja torácica.

2) En el estudio de la física de fluidos de los gases, hay 3 leyes que explican el comportamiento de los gases, considerando el volumen, la presión y la temperatura del mismo. ¿Cuál de estas leyes es la que se cumple en la mecánica respiratoria? Expresar la ecuación y el nombre de la ley. Ley de Charles: Corresponden a las transformaciones que experimenta un gas cuando la presión es constante. Ley de Gay-Lussac: Corresponde a las trasformaciones que sufre un gas ideal cuando el volumen permanece constante. La ley que se cumple en la mecánica respiratoria es Ley de Boyle: Corresponde a las transformaciones que experimenta un gas cuando su temperatura permanece constante.

3) Durante el ciclo respiratorio se produce la variabilidad de dos magnitudes escalares: la presión y el volumen. En un análisis de correlación, ¿Cuál de ellas se comporta como una variable independiente y cual como una variable dependiente o “variable respuesta”? La variable respuesta es la Presión y la variable independiente es el Volumen: El diafragma, al contraerse modifica el volumen de la caja y expande el pulmón, lo que produce una caída de la presión dentro de los alveolos. 4) En la siguiente figura, se presenta un esquema del sistema respiratorio y un sistema de gráficas donde se encuentran representados los cambios de presión alveolar, presión intrapleural y volumen corriente o de aire movilizado. Observar la figura y luego completar la tabla con los valores aproximados de las variables.

Inicio I P alveolar (mmHg) P intra-pleural (mmHg) Volumen corriente (mL)

Inspiración Mitad I

Final I/Inicio E

Espiración Mitad E Final E

5) Realizar una lectura comprensiva del apartado: Ventilación Pulmonar, de la unidad VII, capítulo N 37, de Fisiología Humana de Guyton. Luego, analizar las siguientes imágenes y obtenga conclusiones con respecto al trabajo respiratorio (W R = P  V)

La 1er figura presenta una gráfica donde se muestra como durante todo el ciclo respiratorio, existe una diferencia de presión entre la P alveolar y la P pleural, siempre subatmosférica. Se corresponde recíprocamente con los cambios de volumen. La 2da figura, las curvas de variación de P y V, su relación inversa, que confirma la Ley de Boyle-Mariotte donde el V y P son inversamente profesionales. Observar que las variables dependiente e independiente están invertidas en la gráfica y que la presión, que disminuye de izquierda a derecha, dado que se encuentran representadas presiones negativas. Por eso, se ha graficado una relación lineal positiva, que representa una relación inversa. 6) El Trabajo Respiratorio puede ser considerado como la relación entre los cambios de volumen y de presión (WR = P  V). Analizar la siguiente gráfica y determinar en qué se utiliza la mayor cantidad de trabajo realizado por los músculos en la inspiración. Preparar la justificación de la respuesta para discutir en clases.

La mayor cantidad de trabajo se utiliza para mantener la distensibilidad, seguida por las resistencias de la vía aérea y, por último, el trabajo de resistencia al flujo.

7) En la siguiente figura están representadas las fuerzas elásticas que participan en la mecánica respiratoria: 1) la fuerza elástica pulmonar retráctil y 2) la fuerza elástica torácica. Si bien no está representada en la figura, una fuerza activa de contracción: “fuerza muscular diafragmática” también participa en la mecánica respiratoria. Considerando que, en el instante de inicio de inspiración, las fuerzas están equilibradas siendo F = 0, sin cambios de volumen y presión, usted deberá interpretar como participan las diferentes fuerzas durante los ciclos respiratorios (inspiración y expiración) rompiendo el estado de equilibrio, y favoreciendo la entrada y salida de aire de los pulmones. Expresar las ecuaciones que identifique la variabilidad de las magnitudes de las fuerzas en cada parte del ciclo respiratorio: inspiración espiración. Puede también representar gráficamente la suma de vectores en cada ciclo: inspiración y espiración. Fuerza Elástica Caja = Fuerza Elástica Pulmonar Inspiración

F Diafragma + F Muscular de la caja > F Elástica pulmonar

Espiración

(F Diafragma) - F Muscular de la caja < F Elástica pulmonar

8) Completar la siguiente tabla con los valores de presión de los gases oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2) en mmHg para las diferentes presiones atmosféricas, según la altura con respecto al nivel del mar. Luego, comparar con los valores de presión de los mismos gases a nivel alveolar. Extraer conclusiones que pueda defender en la clase. Usar la siguite proporción de referencia: O2: 21% y CO2: 0,03%

altura (m) PB (mmHg) 0 760 3000 526 6000 349 9000 226 12000 141

PO2-PB 159.6 110.5 73.3 47.5 29.6

PCO2-PB 0.228 0.158 0.105 0.068 0.042

PO2 alveolar PCO2 alveolar 104 40 67 36 40 24 21 24 8 24

PB: Presión barométrica

9) Completar el siguiente cuadro con los valores de presión parcial, presión total, y solubilidad y obtener conclusiones. Considerar la unidad de presión en mmHg Coeficiente de Solubilidad: kO2: 0,023; kCO2: 0,58; kN2: 0,012 PB

O2 (%)

750

20.94

438

CO2 (%)

N2 (%)

78.08 %

PO2

PCO2

157,05

0,2625

PN2

SO2

SCO2

SN2

PH2O 40

341,99

40

10) La ley de Laplace plantea que, “cuanto mayor sea el radio del vaso, mayor es la tensión de la pared para soportar una determinada presión interna del fluido. Este concepto tiene dos expresiones matemáticas dependiendo de la forma de la estructura que contenga el fluido, sea este un tubo o una esfera:

En este contexto, indagar en la bibliografía sugerida sobre la sustancia surfactante (elemento tensioactivo presente en la pared interna del alveolo respiratorio) y considerar cómo esta sustancia se relaciona con la tensión de la pared del mismo. Uno de los fenómenos notables en el proceso de la respiración, es el rol del fluido, cubriendo las paredes de los alvéolos de los pulmones. Este líquido llamado surfactante, disminuye la tensión superficial de los alvéolos, en un factor de 15 comparado con el fluido normal del tejido mucoso en el que están inmersos. Parece que hay una cantidad casi constante de este surfactante por alvéolo, de modo que cuando los alvéolos se desinflan, está más concentrado en la superficie. Dado que el efecto de bajar la tensión superficial del surfactante depende de esta concentración, en su fase más crítica, este disminuye la presión requerida para la inflación del alvéolo. Para una determinada tensión de superficie, la presión para inflar los pequeños globos, es mayor. El surfactante es el que hace posible la inflación del alvéolo, con solo alrededor de 1 mmHg de exceso de presión sobre su entorno. La primera respiración del bebé depende de este surfactante y es más difícil en los bebés prematuros, debido a la incompleta formación del surfactante. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/hframe.html

11) Durante la hematosis, se produce una difusión de gases entre el espacio alveolar y la sangre. Este fenómeno se explica con la ley de Fick. Aplicar dicha ley en la difusión del O2 y CO2 considerando todas las variables que están presentes en la ecuación. ¿Cómo influye la concentración del gas en su difusión? ¿Cómo influye el espesor de la membrana alveolocapilar? ¿Cómo influye la cantidad de superficie o área (A) disponible para difundir?

A mayor diferencia de concentración, mayor difusión. Si el espesor de la membrana es mayor, disminuye la difusión, y a mayor área, mayor difusión. La diferencia de concentración y el área, son directamente proporcionales a la difusión, mientras que el espesor de la membrana es inversamente proporcional a la difusión. 12) Analizar la siguiente figura, completar los valores de la presión de los gases en cada uno de los espacios (alveolo, sangre venosa y sangre arterial). ¿Cómo relaciona este esquema con la Ley de Fick? Alveolo: PACO2: 40 mmHg; PAO2: 100 mmHg Cap. Venoso: PvCO2: 45 mmHg; PvO2: 60 mmHg Cap. Arterial: PaCO2: 40 mmHg; PaO2: 100 mmHg

13) A medida que una persona asciende en la altura, es acompañado por una disminución de la presión atmosférica. Eso produce dificultades para respirar dado que disminuye la PO2. Sin embargo, la presión de vapor de agua, no depende el medio ambiente, sino que es un gas que se genera en las vías respiratorias con una presión constante de 47 mmHg, independiente de la presión del medio ambiente. ¿Cuáles son las implicancias de este comportamiento en la disponibilidad de gases respiratorios en la altura? A nivel del mar, la presión de vapor de H2O, es de 47 mmHg y es constante, es decir, que no depende de la altura o de la presión de los gases atmosféricos, ya q es generada por el propio organismo. Esa presión es responsable, en parte de la cascada de O2 al ingresar al alveolo pulmonar. Al realizar ascensos, a grandes alturas, se produce un descenso de la presión atmosférica (y las presiones parciales de los gases), por lo tanto, también se reduce la presión de O2 alveolar. La presión de vapor de H2O se mantiene en 47 mmHg, ocupando más lugar, haciendo que la proporción del vapor de H2O aumente en la mescla.