Sistema Respiratorio y Cardiovascular: Transporte de Gases

El Sistema Respiratorio, mediante convección interna, transporta aire desde el ambiente hasta los alvéolos, donde ocurre el intercambio gaseoso por difusión simple.

El Sistema Cardiovascular, también por convección interna, transporta los gases desde y hacia los alvéolos, distribuyéndolos a los diferentes tejidos del cuerpo.

Conceptos Clave en Fisiología Respiratoria

Espirometría y Ventilación

  • El espirómetro se utiliza para medir los volúmenes y capacidades pulmonares.
  • La ventilación es el proceso mediante el cual el aire se mueve hacia y desde los pulmones.

Mecánica Respiratoria y Tensión Superficial

Existe un equilibrio entre las fuerzas elásticas del pulmón y el tórax. Estas fuerzas opuestas generan una presión intrapleural negativa (subatmosférica), esencial para la expansión pulmonar.

La tensión superficial, una fuerza entre las moléculas de agua en los alvéolos, podría causar el colapso alveolar.

Los neumocitos tipo II producen surfactante, una sustancia compuesta por lípidos y proteínas que reduce esta tensión superficial, favoreciendo la distensibilidad pulmonar y previniendo el colapso alveolar.

Ciclo Respiratorio: Inspiración y Espiración

  • Inspiración: El diafragma se contrae y el tórax se expande, aumentando el volumen pulmonar.
  • Espiración: El diafragma se relaja y asciende; es un proceso generalmente pasivo donde el tórax retrocede a su posición de reposo.

Intercambio Gaseoso y Leyes Fundamentales

Presiones Parciales y Difusión de Gases

La presión parcial de oxígeno (PO₂) disminuye inmediatamente al ingresar al sistema respiratorio debido a la humedad. La presión parcial de oxígeno arterial (PaO₂) normal es de aproximadamente 100 mmHg.

La Ley de Henry establece que la cantidad de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial de ese gas sobre el líquido. Por lo tanto, la presión parcial de oxígeno (PO₂) se utiliza como un indicador de su concentración.

La Ley de Fick describe la tasa de difusión de un gas a través de una membrana, siendo fundamental para entender el transporte de gases entre la sangre y el aire por difusión simple.

El oxígeno (O₂) difunde desde una zona de mayor presión a una de menor presión, es decir, desde los alvéolos hacia los capilares pulmonares.

Transporte de Oxígeno y Dióxido de Carbono

Una vez en la sangre, el oxígeno se transporta principalmente unido a la hemoglobina (aproximadamente el 98%) y en menor medida disuelto en el plasma.

El dióxido de carbono (CO₂) difunde desde una zona de mayor a menor presión (del capilar hacia el alvéolo) y se transporta en la sangre de las siguientes formas:

  • Como bicarbonato (HCO₃⁻): aproximadamente el 70%.
  • Unido a la hemoglobina (como carbaminohemoglobina): aproximadamente el 23%.
  • Disuelto en la sangre o plasma: aproximadamente el 7%.

Saturación de Hemoglobina y Consumo de Oxígeno

Cuando la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial (PaO₂) es de 100 mmHg, la hemoglobina se encuentra casi totalmente saturada de oxígeno.

En reposo, los tejidos extraen aproximadamente una cuarta parte del oxígeno transportado en la sangre. La hemoglobina es el principal transportador de oxígeno.

Factores que Afectan la Afinidad de la Hemoglobina

La curva de disociación de la hemoglobina se desplaza hacia la derecha (lo que significa una mayor liberación de oxígeno a los tejidos) por los siguientes factores:

  • Efecto Bohr: Disminución del pH (acidosis).
  • Aumento de la presión parcial de dióxido de carbono (PCO₂).
  • Aumento de la temperatura.
  • Aumento de la concentración de 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG).

El Efecto Haldane describe que la hemoglobina poco oxigenada (desoxigenada) tiene una mayor capacidad para transportar CO₂, mientras que la hemoglobina oxigenada transporta menos CO₂.

Control de la Ventilación y Quimiorreceptores

Regulación de las Presiones de Gases Sanguíneos

El control ventilatorio es un mecanismo del organismo capaz de mantener constantes las presiones parciales de O₂ y CO₂ en la sangre, modificando la ventilación alveolar. El organismo utiliza mecanismos de feedback (retroalimentación) para regular la ventilación.

Es importante diferenciar:

  • Hiperventilación: Aumento de la ventilación alveolar, lo que lleva a una disminución de la PCO₂ y un aumento de la PO₂.
  • Hipoventilación: Disminución de la ventilación alveolar, lo que resulta en un aumento de la PCO₂ y una disminución de la PO₂.

Nota: La hiperoxemia (exceso de O₂ en sangre) y la hipercapnia (exceso de CO₂ en sangre) son estados, no procesos de ventilación. La ventilación es el mecanismo que el cuerpo usa para evitar o corregir estos estados.

Tipos de Quimiorreceptores

Quimiorreceptores Periféricos

Localizados en los cuerpos aórticos y carotídeos, detectan cambios en la sangre (principalmente disminución de PO₂, aumento de PCO₂ y disminución de pH) y envían señales al bulbo raquídeo.

  • Células tipo I (glómicas): Son las células sensoras que generan potenciales de acción y liberan neurotransmisores al activarse, los cuales estimulan nervios eferentes.
  • Células tipo II (sustentaculares): Proporcionan soporte estructural y tienen irrigación sanguínea; su actividad puede ser modulada por señales sinápticas.
Quimiorreceptores Centrales

Son los principales sensores de CO₂ y pH en el líquido cefalorraquídeo (LCR). Envían información a los centros ventilatorios en el tronco encefálico. Una disminución del pH en el LCR (generalmente por un aumento de PCO₂) aumenta la ventilación alveolar.

Sistema Renal: Homeostasis y Filtración

Introducción al Sistema Renal

Las nefronas son la unidad funcional del riñón. En una orina normal, la glucosa, proteínas y eritrocitos no deben estar presentes. Aunque la glucosa puede filtrarse, debe ser reabsorbida completamente.

Funciones Clave del Riñón

El riñón desempeña múltiples funciones vitales, incluyendo:

  • Formación de orina mediante filtración, reabsorción y secreción.
  • Eliminación de productos de desecho metabólico como urea, creatinina y urobilinógeno.
  • Regulación del balance de agua y electrolitos.
  • Control de la presión arterial a través de la regulación de la volemia y el sistema Renina-Angiotensina-Aldosterona (RAA).
  • Regulación del pH sanguíneo mediante el manejo de bicarbonato (HCO₃⁻) e iones hidrógeno (H⁺).
  • Producción de hormonas como la eritropoyetina (estimula la producción de glóbulos rojos) y el calcitriol (forma activa de la vitamina D).

Filtración Glomerular

La filtración glomerular es el proceso inicial donde la sangre pasa desde los capilares glomerulares hacia la cápsula de Bowman de la nefrona. En condiciones normales, las proteínas y los eritrocitos no deben filtrarse.

La filtración depende de:

  • Tamaño: Moléculas más pequeñas se filtran más rápidamente.
  • Carga: Las moléculas con carga positiva se filtran más fácilmente, mientras que las de carga negativa lo hacen con mayor dificultad debido a la carga negativa de la membrana basal glomerular.

Fuerzas que Influyen en la Filtración

  • Presión Hidrostática Glomerular: Impulsa la filtración, empujando el líquido desde el capilar hacia la cápsula de Bowman.
  • Presión Oncótica Coloidal del Plasma: Se opone a la filtración, atrayendo el agua de vuelta al capilar debido a la presencia de proteínas en el plasma.

Regulación de la Tasa de Filtración Glomerular (TFG)

Las arteriolas aferente y eferente regulan la Tasa de Filtración Glomerular (TFG). El riñón posee mecanismos de autorregulación para mantener constante su flujo sanguíneo y la TFG, incluso ante variaciones de la presión arterial.

Uno de estos mecanismos es el feedback túbulo-glomerular, que detecta cambios en la composición del filtrado en el túbulo distal y ajusta la resistencia de las arteriolas para optimizar la filtración.

El túbulo contorneado proximal (TCP) es el sitio donde ocurre la mayor parte de la reabsorción de solutos y agua.

Aclaramiento Renal

El aclaramiento renal (o clearance) es una medida de la efectividad con la que el riñón excreta diferentes sustancias. Se define como “el volumen de plasma que es depurado de una sustancia por unidad de tiempo”.

La fórmula general para calcular el aclaramiento (Cla) de una sustancia (X) es:

Cla_X = (Flujo Urinario * Concentración de X en Orina) / Concentración de X en Plasma

Reabsorción y Secreción Tubular

Reabsorción Tubular

La reabsorción tubular es un proceso selectivo que ocurre a lo largo de los túbulos renales, principalmente en el túbulo contorneado proximal. Implica el movimiento de sustancias desde el filtrado tubular de vuelta a la sangre.

Características clave:

  • Toda la glucosa filtrada se reabsorbe en condiciones normales.
  • Utiliza mecanismos de transporte activo (primario y secundario) y pasivo.
  • El transporte activo primario de Na⁺ es fundamental y crea gradientes que impulsan la reabsorción de otras sustancias.
  • El transporte activo secundario es crucial para la reabsorción de glucosa y aminoácidos.
  • Existe un límite de transporte (Tm) para muchas sustancias; si la cantidad filtrada excede este límite, la sustancia se excreta en la orina.

Secreción Tubular

La secreción tubular es el proceso por el cual las sustancias se mueven desde la sangre (capilares peritubulares) hacia el filtrado tubular en la nefrona, también mediante transporte de membrana (activo primario y secundario).

Reflejo de Micción

El reflejo de micción es un proceso de vaciado de la vejiga controlado principalmente por el sistema nervioso parasimpático. El llenado de la vejiga distiende sus paredes, activando receptores de estiramiento que inician el reflejo.

Regulación Hormonal Renal

Regulación del Sodio (Na⁺)

El sodio (Na⁺) se reabsorbe a lo largo de la nefrona, y el agua sigue al Na⁺ por un efecto osmótico. Los puntos clave de su manejo son:

  • Túbulo Contorneado Proximal (TCP): Reabsorción isosmótica, donde el agua sigue al Na⁺.
  • Asa de Henle Ascendente: Es impermeable al agua, lo que permite la dilución del filtrado.
  • Túbulo Colector (TC): La reabsorción de agua está regulada por la Hormona Antidiurética (ADH).
  • Aldosterona: Esta hormona aumenta la reabsorción de Na⁺ y la secreción de K⁺ en el túbulo colector, regulando los niveles de Na⁺ en sangre.

Regulación del Potasio (K⁺)

El flujo tubular distal y los cambios en la concentración extracelular de potasio son factores importantes que modifican la secreción de K⁺ en el túbulo renal.

Regulación de la Diuresis y Osmolaridad

A medida que el fluido avanza por la nefrona, sufre diversos cambios en su osmolaridad. Un aumento de la osmolaridad plasmática estimula la liberación de Hormona Antidiurética (ADH), también conocida como Vasopresina.

La ADH promueve la reabsorción de agua en el túbulo colector y distal, concentrando la orina. La vasopresina actúa formando vesículas con acuaporinas, que se insertan en la membrana apical de las células tubulares, aumentando su permeabilidad al agua.

Homeostasis Ácido-Base

Conceptos Fundamentales del pH

La homeostasis ácido-base es crucial para el correcto funcionamiento del organismo, manteniendo el pH sanguíneo dentro de un rango estrecho.

  • El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución, e indica la concentración de iones hidrógeno (H⁺).
  • A menor pH (más ácido), mayor es la concentración de H⁺.
  • A mayor pH (más alcalino), menor es la concentración de H⁺.

Sistemas Amortiguadores (Buffers)

Un buffer o amortiguador es una sustancia que minimiza los cambios de pH en una solución.

La Ecuación de Henderson-Hasselbalch es fundamental en fisiología, ya que predice el pH de la sangre arterial y demuestra la importancia de los sistemas amortiguadores, especialmente el sistema bicarbonato-ácido carbónico, en el mantenimiento del equilibrio ácido-base.