Respiración

Capítulo 40

Respiración

• Proceso fisiológico por el cual O2 se

mueve al ambiente interno y CO2 se

mueve hacia afuera

• Se necesita O2 para respiración

aeróbica (producción de ATP)

• CO2 es producido como residuo

Sistema Respiratorio

Contribuye a homeostasis

• Funciona junto al sistema circulatorio para

llevar O2 y remover CO2

• También ayuda a regular el balance ácido-

base

food, water intake oxygen intake

eliminationof carbondioxide

nutrients,water,salts

oxygen carbondioxide

eliminationof foodresidues

rapid transportto and from allliving cells

elimination of excess water,salts, wastes

watersolutes

DIGESTIVESYSTEM

RESPIRATORYSYSTEM

CIRCULATORYSYSTEM

URINARYSYSTEM

Gradientes de Presión

• Gradientes de concentración para gases

• Gases se difunden de lugar donde moléculas

están más concentradas a lugar donde están

menos concentradas

• Gases entran y dejan el cuerpo al difundirse

a través de superficies respiratorias

Presión Atmosférica

• Presión ejercida por el peso del aire en

objetos en la superficie de la Tierra

• Al nivel del mar = 760 mm Hg

• O2 es 21% del aire; su presión parcial es

cerca de 160 mm Hg

– Presión parcial de O2 = (760) (21/100)

760 mm Hg

78% N2

Partial pressure ofN2 = 600 mm Hg

21% O2

Partial pressure ofO2 = 160 mm Hg

1% CO2, other gases

Barómetrode mercurio

-presión en columna demercurio esigual a la presiónatmosférica

Ley de Fick

• Describe la tasa a la que una sustancia (como oxígeno) se difunde a través de una membrana (como la superficie respiratoria)

• Tasa es proporcional al gradiente de presión a través de la membrana y al área de superficie de la membrana

Razón Superficie-a-Volumen

• Según aumenta el tamaño de un animal, disminuye su razón superficie-a-volumen

• Animales pequeños y aplanados pueden usar la superficie del cuerpo como su superficie respiratoria

• Animales más grandes tienen estructuras especiales para aumentar la superficie respiratoria, como agallas y pulmones

Adaptaciones para Intercambio de Gases

• Sistema circulatorio para transportar O2 y

CO2

• Inhalación y exhalación ayuda a ventilar los pulmones

• Pigmentos de transporte– Hemoglobina- en eritrocitos

– Mioglobina- en células de músculo cardiaco y esquelético (almacenan O2)

Sistema Respiratorio Humano

•Función principal es intercambio de gases

•Otras funciones del sistema respiratorio:•Capacidad del habla•Mejora retorno de sangre venosa al corazón•Ayuda a eliminar agua y exceso de calor•Controla equilibrio ácido-básico

Sistema Respiratorio Humano

•Aire entra por dos cavidades nasales•Secreciones mucosas lo calientan y humedecen•Epitelio ciliado filtran polvo•Receptores olfativos

•Aire pasa a faringe (garganta)•Laringe- dos pares de pliegues de membrana mucosa, par inferior son cuerdas vocales

Sistema Respiratorio Humano

•Epiglotis- en entrada a laringe, cierra cuando tragamos comida•Tráquea•Bronquios- revestimiento epitelial con cilios y células secretoras de moco•Bronquiolos•Alveolos- sacos, 300 millones en cada pulmón

Sistema Respiratorio Humano

Pharynx (Throat)

Larynx (Voice Box)

Trachea (Windpipe)Pleural Membrane

Intercostal Muscle

Diaphragm

Epiglottis

Bronchiole

Alveoli

Figure 40.10 Page 712

bronchiole

alveolar duct

alveoli

alveolar sac(sectioned)

alveolarsac

pulmonarycapillary

Fig. 40.10bcPage 712

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Human respiratory system animation.

Animation

Producción del Habla

• Cuerdas vocales se estiran a través de apertura de laringe; espacio entre ellas es la glotis

• Se varía posición de cuerdas para crear diferentes sonidos

Figure 40.10 Page 713

vocal cords

glottis (closed)

epiglottis

base of tongue

glottis (open)

cartilage

Figure 40.11Page 713

Respiración

• Mueve aire adentro y afuera de

pulmones

• Ocurre en patrón cíclico llamado ciclo

respiratorio

• Un ciclo respiratorio consiste de

inhalación y exhalación

Inhalación

• Diafragma se contrae (se aplana)

• Músculos intercostales externos se contraen

• Volumen de cavidad torácica aumenta

• Pulmones se expanden• Aire fluye según

gradiente de presión a pulmones

Figure 40.12 Page 714

Exhalación Normal (Pasiva)

• Músculos de inhalación se relajan

• Cavidad torácica se mueve hacia abajo

• Volumen de pulmones disminuye

• Aire fluye según gradiente de presión y hacia afuera de pulmones

Figure 40.12 Page 714

Exhalación Activa

• Músculos del abdomen y músculos intercostales internos se contraen

• Esto disminuye el volumen de la cavidad torácica más que exhalación pasiva

• Volumen mayor de aire debe fluir hacia afuera para igualar presión intrapulmonar con presión atmosférica

*Ocurre al hacer ejercicio vigoroso

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Changes in thoracic cavity animation.

Animation

Cambios en Presión

760

756

760

760

754

759

760

756

761

Atmospheric pressure:

Intrapleural pressure:

Intrapulmonary pressure:

Beforeinhalation

During inhalation(lungs expanded)

Duringexhalation

Figure 40.13 Page 715

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Pressure changes interaction.

Animation

Volumen Respiratorio

•XY adulto- 5.7 litros de aire•XX adulta- 4.2 litros

•Volumen varía con edad y estado de salud

•Capacidad vital- volumen que sale de pulmones después de inhalación máxima

•- siempre queda ~ 1.2 L para intercambio •Volumen corriente o tidal- volumen que fluye hacia adentro o afuera en un ciclo (0.5 litros)

inspiratoryreserve volume

expiratoryreserve volume

residual volume

tidal volume

vital capacity

total lung capacity

Volumen Respiratorio

red blood cell

air spaceinsidealveolus

pore for airflowbetween alveoli

Vista de Alveolos

(see next slide)

Figure 40.16 Page 715

Membrana Respiratoria

• Area entre un alveolo y un capilar pulmonar

• O2 y CO2 se

difunden fácilmente a través de la membrana

alveolarepithelium

capillaryendothelium

fusedbasementmembranesof bothepithelialtissues

Figure 40.16 Page 715

Transporte de Oxígeno

• Mayoría de O2 se lleva enlazado a

hemoglobina en glóbulos rojos (98.5%)

• Hemoglobina tiene una gran afinidad por O2 cuando tiene alta presión parcial

(en capilares pulmonares)- oxihemoglobina o HbO2

Transporte de CO2

• Tres mecanismos:

• 10% disuelto en la sangre

• 30% se une con hemoglobina- carbamino hemoglobina (HbCO2)

• 60% se transporta en forma de bicarbonato

Formación de Bicarbonato

CO2 + H2O H2CO3

carbonic acid

HCO3–

bicarbonate

+ H+

• CO2 se convierte en ácido carbónico y luego en bicarbonato•Enzima anhidrasa carbónica aumenta la velocidad de la reacción 250 veces•Bicarbonato- acepta o libera iones, regula pH

Control de Respiración

• Tasa respiratoria debe corresponder a tasa de flujo sanguíneo

• Médula oblongada establece el ritmo principal; centro en pons lo afina

• Magnitud de respiración depende de concentración de O2 y H+

• Cerebro detecta H+- aumenta respiración• Cuerpos carótidos y cuerpos aórticos detectan

disminución en O2- aumenta respiración

Humanos en Grandes Alturas

• Residentes permanentes de grandes alturas tienen– Pulmones más vascularizados– Ventrículos del corazón más grandes– Más mitocondrias en músculos

• Aclimatación– Cambios en tasa de respiración, salida del corazón– Riñón secreta hormona eritropoyetina; aumenta

producción de glóbulos rojos

Envenenamiento por Monóxido de Carbono (CO)

• Gas sin color, ni olor

• Humo de carros, cigarrillos, madera y carbón

• Compite con O2 por sitios de enlace en

hemoglobina

• Capacidad de enlace es al menos 200 veces

más grande que la del O2

• Exposición afecta entrega de O2

Respiración en Aguas Profundas

• Presión aumenta con profundidad > 150 pies

• Aumenta N2 disuelto en la sangre y tejidos

• Se forman burbujas si buzo sube muy rápido

• Dolor en coyunturas, visión afectada,

parálisis

Bronquitis

• Irritación de epitelio ciliado que cubre las paredes de bronquiolos

• Contaminantes en el aire, humo de cigarrillo, o alergias pueden ser la causa

• Exceso de mucosidad causa tos y acumula bacterias

• Bronquitis crónica cicatriza y obstruye las vías respiratorias

Enfisema

• Daño irreversible en las paredes alveolares

• Pulmones se vuelven inelásticos

• Puede ser causado por defecto genético

• Principalmente causado por fumar

Efectos de Fumar

• Expectativa de vida acortada

• Aumenta tasas de cáncer (pulmonar, boca, laringe,

esófago, páncreas, vejiga)

• Aumento en tasas de enfermedades cardiovasculares

• Función inmune y de sanación debilitadas

• Detrimental al feto

Efectos de Fumar

• Cada 13 segundos en EU muere uno de

los 50 millones de fumadores por una

causa relacionada al cigarrillo

• Cigarrillo es el único producto de

consumo legal que mata a más de la

mitad de sus usuarios regulares

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Heimlich maneuver animation.

Animation