Download Diapositiva 1 - Temas de Fisiologia

CENTRO RESPIRATORIO
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La respiración, como intercambio de O2 y CO2 debe analizarse como un
fenómeno particular, incluido en una actividad general que está regulada por un
conjunto de sistemas de control, que funcionan jerárquicamente, dependiendo
de las circunstancias.
La ventilación, como movimiento de aire por unidad de tiempo, varía de
acuerdo a necesidades de homeostasis metabólicas, pero también lo hace por
diversas demandas generales del organismo (deglución, fonación, posición
corporal) .
Por ello los movimientos ventilatorios, si bien corresponden a una función de
aporte de O2 y de eliminación de CO2 de manera fundamental, dependen
también de la actividad cerebral, de estados emocionales y de señales
somatosensoriales generales. Hay numerosas técnicas para
su estudio hasta la
.
respuesta final que es el Volumen Minuto Ventilatorio ( Ve ) estudiado como el
Volumen Corriente ( Vc ) multiplicado por la Frecuencia ventilatoria ( Fv ).
Todas las señales que tienen acceso a los músculos respiratorios son
procesadas por sus propios sistemas de control pero interaccionan con otros
sistemas.
A pesar de ello se analiza la función ventilatoria y su control de manera aislada,
que es la forma tradicional usada en fisiología.
Los estímulos fundamentales que se analizan son la PCO2, la PO2, el pH, el
consumo de O2.
SISTEMA VENTILATORIO
CENTRO RESPIRATORIO
ESTIMULOS
MENU
GENERAL
La respiración debe analizarse como un fenómeno
particular, incluido en una actividad general que está
regulada por un conjunto de sistemas de control, que
funcionan
jerárquicamente,
dependiendo
de
las
circunstancias.
La ventilación varía de acuerdo a necesidades metabólicas,
pero también lo hace por diversas demandas no
homeostáticas del organismo en general (deglución,
fonación, posición corporal) .
Por esta razón la producción y el control de los
movimientos respiratorios no se puede analizar
adecuadamente como la simple integración de reflejos en
el “centro respiratorio”.
Como acción motora compleja sufre el control del sistema
nervioso a nivel central y espinal; pero además de los
músculos específicos de “bombeo” del aire, actúan
músculos de la laringe, la faringe, faciales, de la lengua, el
músculo liso bronquial, los que en conjunto aseguran un
calibre adecuado de las vías aéreas.
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Por ello los movimientos ventilatorios, si bien
corresponden a una función de aporte de O2 y de
eliminación de CO2 de manera fundamental, dependen
también de la actividad cerebral, de estados emocionales
y de señales somatosensoriales generales.
Todas las señales que tienen acceso a los músculos
respiratorios son procesadas por sus propios sistemas de
control pero interaccionan con otros sistemas.
Los conjuntos de motoneuronas espinales constituyen
centros de integración de las señales descendentes de
control cerebeloso, cortical y de reflejos posturales,
produciendo una respuesta en los músculos que permiten
ajustar los movimientos del tórax y de la posición corporal.
Se asegura una longitud y una velocidad de acortamiento
muscular adecuados y de bajo costo energético, que
además combinan la ventilación con diferentes
actividades.
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El análisis del control central de la ventilación
considera la sensibilidad del “centro
respiratorio”, es decir la relación entre la
intensidad del estímulo y la respuesta del
sistema. Los estímulos son generalmente
 neuronales de Sistema Nervioso Central
 reflejos periféricos de variado origen
 de tipo químico, a través de variaciones
de PO2 y PCO2
 reflejos de origen ventilatorio
CENTRO RESPIRATORIO
SNC
Reflejos
Nervios motores
Músculos
Respiratorios
SISTEMA VENTILATORIO
complacencia
, Resistencia
Reflejos
Vea este grafico en las
Pero las respuestas a ser estudiadas
siguientes pantallas
VENTILACION
plantean diferentes problemas, donde la
resultante final es un volumen corriente
( Vc ) y un tiempo de duración del ciclo
Vc
Fr
ventilatorio, es decir, la frecuencia
respiratoria (Fr)
La ventilación o las variables que la representan ( Vc y Fr ) constituyen una
respuesta final a un gran número de estímulos.
Por esta razón ha sido necesario ir incorporando medidas experimentales que tengan
especificidad sobre determinados fenómenos, a fin de poder diferenciar, por ejemplo,
a individuos que no responden a un estímulo por un defectuoso control nervioso
central de aquellos que no lo hacen por razones de diferentes aspectos mecánicos,
químicos, humorales.
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MENU
El electroneurograma registra en forma
directa el estímulo nervioso motor y el
electromiograma, cuantifica la respuesta
a nivel de la unión neuromuscular .
Es evidente que estas dos mediciones
permiten diferenciar de manera específica
entre estímulo nervioso y contracción
muscular.
La presión de oclusión es una respuesta
compleja ante una señal nerviosa central, ya
que se añade la influencia de las
características de
 el acoplamiento entre la excitación y la
contracción
 la relación muscular fuerza-longitud
CENTRO RESPIRATORIO
SNC
Reflejos
Nervios motores
Electroneurograma
Músculos
Respiratorios
Electromiograma
Presión de oclusión
SISTEMA VENTILATORIO
complacencia
, Resistencia
Reflejos
VENTILACION
Vc
Fr
 la contractilidad muscular.
.
Suele explorarse la respuesta individual a CO2, O2 o a ambos estímulos
asociados, como posible causa de hipoventilación o baja respuesta al esfuerzo
físico.
Se usa esta técnica en un intento de producir una contracción muscular isométrica,
pues se minimiza la variación de volumen al actuar con la glotis cerrada y así se
explora solamente la señal central.
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El trabajo ventilatorio está determinado por la presión o energía necesaria
para producir el ingreso del volumen de gas al pulmón.
Como las relaciones no son lineales se
realiza el cálculo como la sumatoria o la
integral del área generada por la señal
correspondiente a ambas variables.
.
La presión puede ser la diferencia entre
la medida en esófago ( Presión Pleural
(Ppl) ) y la alveolar ( PA ), la que
constituye una presión transmural.
PTP = PA – Ppl
La llamada presión transpulmonar ( PTP )
se usa para estimar el trabajo de la caja
torácica y se mide con trasductores
diferenciales.
Cuando se mide la presión en estómago
( Presión abdominal (Pabd) ) se usa otra
presión transmural conocida como presión
transdiafragmática y permite estimar el
CENTRO RESPIRATORIO
SNC
Reflejos
Nervios motores
Electroneurograma
Músculos
Respiratorios
Electromiograma
Presión de oclusión
SISTEMA VENTILATORIO
complacencia
, Resistencia
Reflejos
Trabajo Ventilatorio
VENTILACION
Vc
Fr
Lea Presión Transmural en la
clase Presión
trabajo diafragmático.
Pdi = Pabd – Ppl
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…
Al medir la ventilación global
. o el
volumen minuto ventilatorio ( Ve ) se
introduce la variación del ritmo
respiratorio o frecuencia respiratoria,
además de las influencias genrales que
controlan el volumen pulmonar.
.
SNC
CENTRO RESPIRATORIO
Reflejos
Nervios motores
Electroneurograma
.
Ve = Vc * Fr
Músculos
Respiratorios
Presión de oclusión
Es el resultado final del proceso
ventilatorio y su valor debe ajustarse
según las demandas metabólicas del
.
organismo.
SISTEMA VENTILATORIO
complacencia
, Resistencia
Reflejos
Debe analizarse
el . concepto de
ventilación alveolar ( VA ), que es la
fracción útil de la ventilación global y es
la
que participa del intercambio
gaseoso.
Hay numerosas pruebas pero se deben
recordar especialmente
Electromiograma
VENTILACION
Vc
.
Trabajo Ventilatorio
Curva Flujo Volumen
Espirograma
Fr
Lea la clase Exploración
Funcional Pulmonar
Curva Flujo Volumen
Espirograma
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La conclusión obvia del
análisis del esquema anterior es que
las medidas específicas aseguran la
cuantificación de un fenómeno con
precisión, pero se puede estar muy
alejado de la interpretación de la
respuesta global.
CENTRO RESPIRATORIO
SNC
Reflejos
Nervios motores
Electroneurograma
Músculos
Respiratorios
Electromiograma
Presión de oclusión
Por otra parte el uso de variables de
tipo general no permite
a veces
conocer la incidencia de diferentes
mecanismos y no permite realizar una
diferenciación patológica clara.
Alteraciones similares del volumen
minuto ventilatorio suelen tener causas
de origen totalmente diferentes y para
un tratamiento adecuado deben ser
SISTEMA VENTILATORIO
complacencia
, Resistencia
Reflejos
VENTILACION
Vc
Trabajo Ventilatorio
Curva Flujo Volumen
Espirograma
Fv
claramente identificadas.
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Galeno (II a.c) había descrito que la presencia de lesión o sección nerviosa
por debajo del bulbo conducía a una muerte rápida. En
1780
LeGallois
describió la persistencia de la ventilación a pesar de la extirpación del cerebro y
del cerebelo, si se mantenían las estructuras inferiores intactas.
En 1840 Flourens ubicó lo que llamó el ”nudo vital”, constituído por un área de 2
mm de diámetro ubicada a ambos lados de la línea bulbar media.
La ubicación anatómica del
.
amplio conjunto que se llamó
Protuberancia
¨centro
respiratorio¨
está
CN CN
establecida desde el siglo XVII
Pedúnculos
cerebeloso
y también desde fines del siglo
Cuarto
XIX se conoce la acción global
Ventrículo
AQS
AQS
de los diferentes grupos
CE
neuronales que lo componen.
CI
.
DerechaANTERIOR
Izquierda IzquierdaPOSTERIOR
Derecha
Anterior
Posterior
Se sabe que hay una variación
rítmica de la ventilación que se
mantiene con la sola acción de
las neuronas inspiratorias y
espiratorias.
A pesar de tener patrones de respuesta muy variados, ellas solas no aseguran
movimientos ventilatorios normales en cuanto a su frecuencia y a su amplitud,
como se verá mas adelante.
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La ubicación anatómica de las áreas quimiosensibles ( AQS ) en el área de
las neuronas de control ventilatorio, hizo pensar que el “centro respiratorio” era
sensible y producía regulación de la ventilación por cambios químicos.
Hoy se sabe que son estructuras diferentes y que el “centro respiratorio” tiene
como función fundamental el procesamiento de señales enviadas por neuronas
quimiosensibles tanto centrales como periféricas; también procesa e integra
señales del Sistema Nervioso Central ( SNC ) y de reflejos periféricos de variado
origen.
Si bien no se describe
Protuberancia
actualmente el control central de
C N
la ventilación con el modelo de
Pedúnculos
Julius Comroe para entender
cerebeloso
C A
este interesante proceso de una
Cuarto
manera
general
las
Ventrículo
AQS
AQS
modificaciones generales, es
CE
interesante proceder a su
desarrollo y explicación.
CI
Se describen las neuronas del
centro neumotáxico ( CN ) y
centro apnéusico ( CA ) como
DerechaANTERIOR
Izquierda IzquierdaPOSTERIOR
Derecha
estructuras de control, que
determinan la amplitud y la
Anterior
Posterior
frecuencia de los movimientos
ventilatorios.
A ello se suma un control periférico muy determinante que llega a través del
nervio neumogástrico.
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Hay una modificación de la ventilación producida por la falta de control de
tipo reflejo, como se evidencia cuando los nervios neumogástricos se
seccionan experimentalmente.
Aún con todas las neuronas
centrales intactas aumenta
NEUMOGASTRICOS
la amplitud y disminuye la
intactos
cortados
frecuencia de los movimientos
ventilatorios.
Si se suprime el efecto
inhibidor
del
centro
neumotáxico, por ejemplo,
por un corte que mantiene en
función las neuronas del
centro apnéusico y del centro
inspiratorio-espiratorio,
se
produce una interrupción de la
ventilación en inspiración,
CN
CN
Cuarto
Ventrículo
CE
CI
Centro
neumotáxico
Centro
Apnéusico
Centro
Espiratorio
Centro
Inspiratorio
llamada apnea inspiratoria.
Si se suprimen los centros neumotáxico y apnéusico, se mantiene un cierto
ritmo, pero sin regularidad en su frecuencia y en su amplitud .
Un corte por debajo del centro bulbar inspiratorio – espiratorio deja
suprimido todo movimiento ventilatorio.
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La observación del aumento de la ventilación durante la
realización de actividades físicas, probablemente está entre las
primeras apreciaciones de la modificación sistemática de una
función fisiológica y se señala el año 1650 como fecha del
primer reporte de observaciones experimentales.
A pesar de ello y de los innumerables estudios desarrollados al
respecto, hay aspectos sumamente polémicos que en forma
extrema son descritos por Blackie : ” el conocimiento del patrón
ventilatorio en esfuerzo máximo en pacientes es limitado porque
el rango de respuestas ventilatorias ( volumen minuto, volumen
corriente, frecuencia respiratoria) en esfuerzo máximo es
desconocido ”.
Esta crítica es real pero exagerada, ya que se conoce que la
ventilación se modifica en forma global aumentando a valores
máximos en relación con el consumo de oxígeno y la
eliminación de dióxido de carbono , producto de la realización
de esfuerzo; también se sabe que estos valores tienen una
amplia dispersión.
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Ventilación Voluntaria Máxima
Los estímulos de la ventilación son
variados y con respuestas que
presentan una amplia dispersión
individual y de grupo.
De manera voluntaria se pueden
generar aumentos de la ventilación y
una prueba funcional de uso durante
muchas años ha sido la Ventilación
Voluntaria Máxima ( VVM ).
Produciendo un aumento máximo en
el volumen corriente (Vc) y en la
frecuencia respiratoria (Fr) se pueden
producir ventilaciones entre 150 y
200 litros por minuto
80
40
40
50
60
70 PCO2 mmHg
.
El dióxido de carbono ( CO2 ) es el
estímulo principal de la ventilación,
pero ante aumentos exagerados se
produce una disminución de la
respuesta.
Se analiza como un fenómeno de
narcosis producido por falta de
respuesta
de
las
células
quimiosensibles, sobretodo a nivel
de sistema nervioso central.
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.
Ve l / min
Las disminuciones de la presión
parcial de oxígeno ( PO2 ) sin
modificación de otras variables
( PCO2, pH ) son un estímulo poco
efectivo para producir un aumento
de la ventilación.
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Pero si simultáneamente aumenta
la PCO2, que es lo que ocurre
cuando hay hipoventilación, los
efectos
se
potencian,
con
aumentos mayores en 6 o 7 veces.
80
Una respuesta un poco mayor se
produce ante disminuciones del
pH sanguíneo (aumento de la
concentración de hidrogeniones).
40
40
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7.4
50
70
7.2
60
50
70 PCO2 mmHg
30 PO2 mmHg
Siempre es una respuesta menor
que la lograda con variaciones de
PCO2.
7.0
6.8 pH unidad
Lea la clase Control Ventilatorio
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.
Un cambio mixto es el que se
produce en las pruebas de
esfuerzo,
por
aumento
de
consumo de O2 ( VO2 ) y de la
eliminación del CO2 ( VCO2 ).
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Ventilación Voluntaria Máxima
En la gráfica de Julius Comroe que
se
está
desarrollando,
se
presentan VO2 entre 0.5 y 2 litros
por minuto.
.
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50
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90
70
7.4
7.2
7.0
6.8 pH unidad
0.5
1.0
1.5
2.0 VO2esfuerzo
50
70PCO2 mmHg
30 PO2 mmHg
O
A pesar de ser el estímulo mas
potente presentado, no alcanza los
valores de la V V M.
Ello se produce porque el músculo
debe tener un período de relajación
adecuado
para
contraerse
nuevamente a niveles máximos.
Además la sensación disneica
impide que el individuo realice
esfuerzos tan intensos como los
producidos para lograr la V V M por
mas de unos pocos segundos.
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Ve l / min
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Ventilación Voluntaria Máxima
La ventilación en reposo es de
aproximadamente 10 l / min y se
puede alcanzar hasta 150 l / min
como
se
vió
en
esfuerzo
ventilatorio voluntario máximo.
Por ello
no se considera al
sistema ventilatorio como un
factor limitante en esfuerzo en
sujetos normales; pero puede
serlo en presencia de patología.
80
La función primaria del sistema
respiratorio es proveer oxígeno a
los músculos involucrados en el
esfuerzo y éstos pueden fallar de
forma directa o indirecta.
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40
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50
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60
50
70 PCO2 mmHg
30 PO2 mmHg
Tan importante como lo anterior es
la eliminación de dióxido de
carbono y la regulación ácido-.base
del organismo.
Lea la clase Control Ventilatorio.
7.4
7.2
7.0
6.8 pH unidad
0.5
1.0
1.5
2.0 VO2esfuerzo
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Ventilación Voluntaria Máxima
En forma directa puede producirse
una alteración si el pulmón y la caja
torácica son incapaces de proveer una
ventilación adecuada o en producir un
intercambio gaseoso eficiente.
En forma indirecta si el O2 adicional
provisto por el aumento de ventilación
es consumido por los músculos
ventilatorios; la ventilación puede
pasar de adecuada a insuficiente por
el aumento de una demanda
metabólica
exagerada
o
mala
circulación.
Las
motoneuronas
espinales
constituyen elementos importantes en
la integración de las señales
eferentes, generando una acción
final,
dirigida
. motora
fundamentalmente a los músculos
respiratorios.
No se trata de un simple mecanismo
destinado a regular la normal
40
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70PCO2 mmHg
concentración de O2 y CO2 en el
P
mmHg
90
70
50 30 O2
organismo ( homeostasis) sino que
cumplen
numerosas
funciones
7.4 7.2 7.0
6.8 pH unidad
generales.
RESUMEN
FINAL
0.5
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
2.0 VVO2
esfuerzo
O2esfuerzo
6 de 6
MENU
El centro respiratorio es una estructura en sistema nervioso central que
controla gran parte de la actividad ventilatoria, pero reforzado por señales
periféricas mecánicas y químicas de distinto tipo. Se ha presentado el modelo
clásico desarrollado por Julius Comroe, aunque hay modelos mas completos.
.
Existen numerosos estudios de laboratorio que analizan los fenómenos

globales como el Volumen Corriente ( Vc ) y la Frecuencia Ventilatoria ( Fv)

parciales como el Trabajo Ventilatorio, el Espirograma, la Curva Flujo
Volumen
Obviamente debe conocerse la patología existente para proponer el estudio
adecuado y abordar su corrección.
.
Los estímulos ventilatorios tales como CO2, O2, pH son estudiados
a través
de análisis de laboratorio realizados en sangre arterial, gases alveolares, orina.
La información ofrecida en esta clase es necesaria para hacer una primera
aproximación a la patología ventilatoria y puede ser completada leyendo las
clases de Control Ventilatorio, de Oxígeno y de Dióxido de Carbono.
FIN
CONCLUSIONES
El concepto de Centro Respiratorio ha ido cambiando permanente de acuerdo con
los métodos experimentales de estudio y con las posibilidades de prever
respuestas mas complejas. Se ha considerado útil explicar en esta clase algunos
métodos de estudio de las respuestas ante algunos estímulos aislados.
Pero la respuesta global cada vez mas se orienta con estudios mas relacionados
con la respuesta de neuronas y su integración con otros sistemas, aunque se
trata de métodos experimentales no siempre accesibles a un laboratorio clínico de
mediana complejidad
Las medidas comunes son el resultado final o volumen minuto ventilatorio
(Ve l / min) que se compone con el valor del volumen corriente (Vc, cc litro) y la
frecuencia ventilatoria (Fv), ventilaciones /min). Numerosas formas de
exploración de la función ventilatoria se han descrito, que se utilizan según la
hipótesis manejada y la necesidad de un diagnóstico diferencial
Los estímulos químicos de la ventilación son muy importantes pues permiten
estudiar no solo la función ventilatoria sino también la cardiovascular, la hormonal,
la metabólica.
El estudio de la ventilación con variables como PO2, PCO2, pH permite realizar
aproximaciones fisiopatológicas sumamente importante, por lo que es fundamental
conocer a cabalidad su comportamiento normal.
FIN