UNIVERSIDAD AUTONOMA
METROPOLITANA.
UNIDAD IZTAPALAPA.
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PROYECTO
DESPLIEGUE DE VOLUMENES
INSPIRATOR10
Y
ESPIRATORIO DE
UN PNEUMOTACOMETRO
/
ALUMNOS
CAMACHOJUAREZ J SERGIO 91i24931
MARTINEZ ALMENDARES JUAN CARLOS 90327912
1
INTRODUCCION
Regulación de la respiración
y
fisiopatología respiratoria Revisión
general
El ritmo básico de la respiración depende del centro respiratorio localizado en le sustancia
reticular de bulbo raquídeo y protuberancia del tallo cerebral. Este centro. A su vez está
comprendido por tres grupos principales de neuronas que Queman I ) área inspiratoria. 2) área
respiratoria y 3 ) área neumotóxico.
Durante le respiración tranquila normal el área inspiratoria activa aproximadamente una vez
cada cinco segundos, y produce inspiración que dura cerco de dos segundos. Por tanto, la
respiración normal es causada casi por completo par contracción da los músculos inspiratorios
con poca contribución de los músculos espiratorios. Durante la respiración Intensa el dentro
inspíratorio se activa durante los períodos ubicados entre cada actividad inspiratoria y como consecuencia los músculos espiratorios contribuyen tanto como los músculos inspíratorios al
proceso de la respiración. El centro neomotáxico regula la profundidad de la. Respiración lo
mismo que el Intervalo entre respiraciones.
Durante la respiración normal la persona inspira en total 61, aproximadamente de aire por
minuto. Y esto se llama volumen respiratorio por minuto. Durante el ejercicio muy intenso esta
cantidad se pueda incrementar hasta 150 L por minuto.
Le frecuencia y la profundidad dé las respiraciones se encuentran bajo la regulación de cuatro
factores diferentes: 1) presión del dióxido de carbono (Pc02) en la sangre. 2) concentracih de los iones de hidrógeno (pH) de la sangre, 3) presión de oxigeno (P02) en la sangre.
AREA
INSPIRATORIA
El ritmo básico de la respiración en el área inspiratoria. Esta área se excita cada pocos nerviosas
hacia
los
músculos inspíratorios en especial el diafragma.AI
principio de cadaciclo de excitación las señales se inician
muy
débilmente, perosu
intensidadsé
incrementa progresivamente durante el segundo o los dos segundos siguientes, y
2
súbitamente estas señales inspiratorias
y
se relajan de manera súbita todoslos
músculos inspíratorios. Durante la respiración normal; el rebote elástico de
los
pulmones
y
la jaula torácica hace que los pulmones se deshinchen durante dos atres segundos hasta llegar a su tamaño normal lo que fomenta la inspiración normal de aire Por
tanto, ha terminado el ciclo
HAPLEIJRAI
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respiratorio, que dura cerca de dos segundos para la inspiración
tres segundos para la' espiración. A continuación se excita de nuevo el centro inspíratorio y se
repite el ciclo fenómeno que ocurre durante toda la vida de la persona.
FUNCION DEL CENTRO NEUMOTAXICO PARA REGULAR LA
PROFUNDIDAD DEL
RITMO
DE LA RESPIRACION
La estimulación del centro neumotóxico incrementa el ritmo respiratorio, pero de manera
simultánea disminuye la profundidad de l a respiración en un grado casi igual. Por tanto, cambia muy poco el volumen total de aire respirado por minuto. Cabria preguntar: ¿Cuál es la finalidad
de cambiarla respiración superficial rápida? Recuérdese sin embargo, que en algunos animales
inferiores como el pero el método para conservar a l animal frío, en clima cálido es el "jadeo", que significa respirar con mucha rapidez y de manera superficial para evaporar cantidades'
máximas de humedad desde la superficie respiratoria superior, lo que enfría a todo el animal. El
centro neumotóxica está estrechamente relacionado con el llamado centro del jadeo, localizado
ÁREA ESPIRATORIA
Las neuronas espiratorias están en estado casi totalmente latente durante la respiración
tranquila normal, pues ésta se logra por contracción sólo de los músculos inspiratoríos, como ya
se señaló. Por otra parte, cuando el impulso respiratorio se vuelve mucho mayor que lo normal,
en especial durante el ejercicio intenso, llegan señales al área espiradora y producen excitación
intensa de los músculos espiratorios durante la fase espiratoria del ciclo respiratorio. Por tanto,
durante la ‘respiración muy Intensa no sólo se atrae aire hacia los pulmones por acción de los
músculos inspiratorios, sino que también
LIMITACION DEL LLENADO PULMONAR POR LOS
RECEPTORES DE ESTIRAMIENTO PULMONAR: REFLEJO
DE HERING-BREUER
-
En las paredes de los bronquios y los bronquiolos de todos los pulmones se encuentran
receptores nerviosos de estiramiento que se excitan cuando se hinchan demasiado los pulmones.
Estos receptores envían señales por los nervios vagos hacia el centro inspiratoria, que de manera
instantánea limita la inspiración ulterior. Este es el llamado
reflejo
de Hering-Breuer. Este reflejotiene el mismo efecto que ‘el centro neumotáxico para incrementar el ritmo respiratorio porque
disminuye la profundidad de las respiraciones, pero al mismo tiempo incrementa el ritmo para
compensar la diferencia.
-
.‘
La ‘finalidad del reflejo de HeringBreuer no es regular la respiración. Más bien se tratade un mecanismo protector para ‘prevenir el hinchamiento pulmonar excesivo, lo que a su vez
evita la lesión pulmonar.
ÁREA ESPIRATORIA
Las neuronas espiratorias están’ en estado casi totalmente latente durante la respiración
tranquila normal, pues ésta se logra por contracción sólo de los músculos inspiratoríos, como ya
se señaló. Por otra parte, cuando el impulso respiratorio se vuelve mucho mayor que lo normal,
en especial durante el ejercicio intenso, llegan señales al área espiratoria y producen excitación
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durante la ‘respiración muy intensa no sólo se atrae aire hacia los pulmones por acción de los
músculos inspíratorios, sino que también se expulsa por acción de los músculos espiratorios.
Reacción de las neuronas quimiosensitivas a los Iones hidrógeno. Él estimulo primario
para excitar las neuronas del área quimiosensitiva es la concentración de iones hidrógeno
dentro de los cuerpos celulares de estas neuronas. Por tanto, en todos los casos incrementa
por arriba de lo normal la concentración de iones hidrógeno en la sangre que riega el centro
respiratorio, también se produce aumento de la concentración de estos iones dentro de las
neuronas quimiosensitivas por tanto se excita la respiración.
Sin embargo, los iones hidrogeno de la sangre no son un estimulo tan poderoso de la
respiración como podría esperarse, por lo siguiente : Las membranas celulares de las neuronas sólo son ligeramente permeables a los iones hidrógeno. Por tanto, la’ concentración de estos
iones dentro de las células no cambia tanto como la concentración de los - mismos en la
sangre. Aún así, la reacción que se produce es suficiente para considerar que la concentración
sanguínea de iones de hidrógeno sea uno de los aspectos reguladores más importantes de la
respiración.
Efecto del dióxido de carbono para estimular el área’ quimiosensitiva. A diferencia de los
iones hidrógeno, el dióxido de carbono se difunde con mucha rapidez hacia las células
neuronas porque. Es muy soluble en las membranas celulares. Por tanto, en todos los casos en
que se incrementa la concentración sanguínea” del dióxido de carbono ocurre al mismo tiempo
lo mismo con esta concentración en las neuronas del área quimiosensitiva
.
Sin embargo, ¿dequé manen excita a las neuronas este dióxido de carbono? La respuesta consiste en que el
dióxido de carbono reacciona con el agua dentro de las células para formar ácido carbónico, el
cual, a su vez, se disocia en iones hidrógeno y bicarbonato. Si recordamos que estos iones
hidrógeno son e l estimulo primario de las células neuronales, veremos fácilmente que el
exceso neto del dióxido de carbono consiste en estimular con gran intensidad estas neuronas.
Por tanto, aunque los iones hidrógeno es él estimulo primario de las neuronas
quimiosensitivas, de manera extraña el dióxido de carbono tiene un efecto aproximadamente.
Presión parcial de un gas es la presión dada por cada tipo de gas en una mezcla dada, por
ejemplo, asumamos que tenemos una mezcla una mezcla de 50 % de oxigeno 50% de nitrógeno, la presión total es I O0 torr causada por los SO torr de oxigeno, y los SO torr de nitrógeno, por lo
tanto se dice que la presión parcial de cada uno de estos gases es de SO torr. Sin embargo
asumamos que cada uno de estos cambia a 25% nitrógeno, 75% oxigeno que la presión total
cambia a 100 torr la presión parcial ejercida por el nitrógeno será 750 torr, y la producida por el
oxigeno de 250 torr.
Por lo tanto la presión parcial de un gas se deriva de la presión total de un gas de la
presi6n que cada gas ejerce por si solo contra las paredes, que así pues el poder de penetración de
una membrana, como la de los alvéolos también es proporcional directament4ea la presión
parcial. esto es, cuanto mayor es la presión parcial de un gas mayor es l a tendencia del mismo a pasar las paredes pulmonares hacia el torrente sanguíneo las presiones parciales más importantes
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nitrógeno oxigeno
dióxido de carbono vapor de agua
composición del aire alveolar
En el siguiente cuadro se representan las presiones parciales y las concentraciones
parciales de nitrógeno, oxigeno, dióxido de carbono y vapor de agua en el aire
atmosférico, y el aire alveolar al nivel del mar. En este cuadro se observa que el aire
atmosférico normal esta compuesto de casi por completo por dos gases nada mas, casi
cuatro quintas partes de nitrógeno y solo una de oxigeno, con cantidades insignificantes
de dióxido de carbono y vapor de agua. En contraste, el aire alveolar contiene cantidades
importantes de dióxido de carbono como de vapor de agua, en tanto la concentración de
oxigeno es mucho menor que el aire atmosférico. Estas diferencias pueden identificarse
como sigue.
Presiones parciales (torr)
y
concentraciOones delos
gases respiratorios en laatmósfera y los alvéolos
aire atmosférico aire alveolar
H2o 3.85 47.0
humedecimiento del aire por las vías respiratorias
Cuando se inspira el aire se humedece de inmediato con la humedad de las tónicas con las
tónicas de las vías respiratorias. A temperatura corporal normal la presión parcial de
agua en los pulmones es de 40 torr, y en tanto se conserve constante la temperatura del
La mezcla de vapor de agua con el aire atmosférico que entra en las vías respiratorias
diluye el aire, de modo que disminuye la presión de los otros gases esto explica por que la
presión de los alvéolos es ligeramente menor que su presión parcial en el aire
atmosférico.
Presiones Parciales De Oxigeno Y Dióxido De Carbono En Los
Alvéolos
El aire alveolar pierde en forma continua oxigeno hacia la sangre, y este oxigeno
es substituido por dióxido de carbono que
se
difunde desde la sangre hacia los alvéolos.Esto explica por que la presión de oxigeno del aire alveolar es mucho menor que la del
atmosférico, y también porque la presión de dióxido de carbono es considerablemente
mayor en el aire alveolar aunque en realidad casi no exista en el aire atmosférico.
La presión normal parcial de oxigeno en los alvéolos es de unos 104 torr, en
comparación con los 159 en la atmósfera. Sin embargo, estos valores cambian en gran medida de cuando en cuando según la intensidad de
la
ventilación alveolar y el grado detransferencia de oxigeno y dióxido de carbono hacia la sangre y desde la misma. Por
ejemplo, la ventilación alveolar elevada brinda mayores cantidades de oxigeno en los
alvéolos incrementa su presión alveolar además la ventilación alveolar elimina los restos
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distribuye la presión de dióxido de carbono.
Transporte
De
GasesPor
La Membrana RespiratoriaMembrana Respiratoria
La membrana respiratoria llamada también membrana pulmonar esta compuesta
por dos superficies impermeables que permiten la difusión de los gases de ella
hacia la sangre pulmonía, esta constituida como se ilustra en la figura por el
revestimiento interticial de los bronquiolos respiratorios, conductos alveolares,
conductos,
o
atrios, sacos alveolares.Invaginaciones de estos sacos, los alvéolos. La superficie total de la membrana
respiratoria es de unos 70 mm, lo que casi mide la superficie de
un
salón de clases de tamaño moderado. En los capilares entra en un momento dado una cantidad menor de100ml. de sangre si pensamos la manera en que se difundirá esta cantidad de sangren
todo el suelo de un salón de clases, podemos comprender con rapidez como, en una
fracción de segundo se intercambian grandes cantidades de gases entre el espacio alveolar
y la sangre.
En
la figura se ilustra la manera esquemática una micrografía electrónica de ladotransverso de la membrana respiratoria en la que también se observa un eritrocito capilar
muy cerca de la membrana. Esta membrana esta cubierta por varias capas, son : - 1) una
tónica delgada de liquido en la superficie del alvéolo, que contiene la sustancia llamada
agente tensoactivo, 2)una tónica de células epiteliales que es una superficie del alvéolo,
3)un pequeño espacio intersticial que contiene cantidades pequeñas de tejido conectivo
en la membrana basal, y,4) una capa de células endoteliales capilares que constituye la
pared del capilar. sin embargo, todas las capas de estas membranas son
exiraordinariamente delgadas, al grado que en la mayor parte de la membrana tiene
delgadez de la membrana permite la pronta difusión del oxigeno y dióxido de carbono
entre el aire alveolar y la sangre intraveolar de la membrana respiratoria
Solución Y Difusión De Gases En Agua
Para comprender el transporte de gases por la membrana pulmonar debemos
familiarizarnos primero con los principios físicos de la solución y la difusión de gases en
agua. El la figura se ilustra una figura que contiene agua entre el fondo y el aire normal
en la parte de arriba. Las moléculas de nitrógeno y oxigeno chocan continuamente con la
superficie del agua
y
algunas entran y se disuelven en ella. Las moléculas disueltaschocan a continuación con las moléculas de agua en todas direcciones, y algunas llegan a
la superficie otra vez para abrirse paso hacia el espacio gaseoso. Una vez que el aire a
estado en contacto durante largo tiempo, él número de moléculas que pasa hacia el
exterior de la solución es igual al numera de moléculas que entran. Cuando se ha llegado
a este estado se dice que los gases en la fase gaseosa se encuentran en equilibrio con los
gases disuelto.
En estado de equilibrio la presión parcial que tiende a forzar las moléculas de nitrógeno
hacia el agua es de 564 torr, y la presión de moléculas de nitrógeno hacia el exterior
desde el agua también es de 564 torr. Si la presión de nitrógeno se vuelve menor en la
fase gaseosa que en la fase de disolución, pasaran mas moléculas de nitrógeno hacia la
solución que hacia el exterior de la misma. Si la presión se vuelve menor en el gas que en
la solución, saldrán mas moléculas de nitrógeno de la solución que las que entraran en
I O
ella. En otras palabras, la presión de un gas es la fuerza que lo impulsa a moverse y salir del medio que lo rodea. En todos los casos en los que la presión es mayor en un punto
que en otro, sea esta la solución o una mezcla de gases, pasaran mas moléculas hacia la
zona de presión baja, que a la de presión alta.
Difusión De Los Gases Por Los Sólidos Y Los Líquidos
En la figura se muestra una solución que contiene gas y que esta en un extremo del
a de la cámara hay una conexión elevada de moléculas de gas diluido en tanto en el
extremo b la concentración es bájalas moléculas chocan entre sí en todas direcciones a
causa de su energía cinética. Desde luego, desde luego debido a la mayor concentración
en a que en b es más fácil que pasen moléculas desde a hacia b que en dirección opuesta
con forme pase el tiempo sé volver a aproximadamente iguales las cantidades de
moléculas en las dos partes de la cámara el paso de moléculas de esta manera de
concentración elevada hacia concentración baja se llama difusión.
La magnitud de la difusión de las moléculas de gas en los líquidos y los tejidos del
órgano depende de las diferencias de presionen los distintos puntos. En la figura se
observa que se encuentran mucho mas moléculas de gas en el punto a que en el punto b.
por lo tanto la presión de gas en el punto a también es mucho mayor que en el punto la
diferencia entre ambas presiones se llama simplemente gradiente o diferencia de presión,
la magnitud neta de la diferencia de presión es directamente proporcional a este
gradiente.
Difusión De Los Gases Por La Membrana Respiratoria
Con la información básica podemos hablar ahora de los factores de los que
depéndela magnitud de la presión de gas a través de la pared pulmonar. estos factores son
los siguientes:
11
Circulación Pulmonar
La circulación pulmonar esta constituida por el sistema bascular del pulmón. Su
función es transportar sangre a traves de los capilares pulmonares, en los que se absorbe
oxigeno a través de la sangre del aire alveolar y se encuentra dióxido de carbono desde la
sangre hasta los alvéolos.
La anatomía fisiológica de la circulación pulmonar, que se ilustra en la figura es
muy simple el ventrículo derecho propulsa sangre hacia la arteria pulmonar. Desde aquí
la sangre circula por los capilares pulmonares hacia las venas pulmonares, y finalmente
hacia la aurícula izquierda como todas las partes de los pulmones tienen la misma función, esto es, airear la sangre, la distribución de los vasos en escencia es la misma en
todas las zonas de la circulación pulmonar.
Los capilares pulmonares sobresalen contra las tónicas epiteliales de los alvéolos, y la
membrana entre la sangre de los capilares
y
el aire de los alvéolos es una membranarespiratoria cuyo espesor total es de 1 micro, los poros de esta membrana son de tamaño
12
Aun así, son lo suficientemente pequeños para que no escape liquido por ellos desde la
sangre hacia los alvéolos.
Circulación de sangre por los pulmones como la sangre circula por un circuito continuo en
el cuerpo, debe pasar la misma sangre por los pulmones que por la circulación general vasos pulmonares son muy ampliables, de modo que en todos los casos que se incrementa la
sangre y esta entra en los pulmones los vasos pulmonares se estiran automáticamente para
permitir el paso rápido exigido por la circulación pulmonar. Esto permite que se transporte
sangre por los pulmones en condiciones muy variables.
Regulación De L a Circulación De L a Sangre Por Los Pulmones
Como todas las partes de os pulmones efectúan en escencia la misma función no
hay necesidad de regular en manera amplia los vasos sanguíneos pulmonares. Sin
embargo un aspecto de la regulación de la sangre en los pulmones distintos a lo que
ocurre en el resto del cuerpo es muy importante que la sangre circule solo por las partes
de los pulmones ventiladas adecuadamente y no por las que no están aireadas en estudios
de investigación efectuados en los Últimos años se ha demostrado que la concentración
baja de oxigeno dura mas de un minuto en cualquier parte de los pulmones hace que entre
automáticamente en constricción los vasos de la misma. Por lo tanto cuando se habrá los bronquios de una parte de
os
pulmones consume con rapidezél
oxigeno alveolar, y enconsecuencia los vasos entran en constricción y por ello hace que la sangre fluya hacia
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El
problema consiste en desplegar los volúmenes inspirados y espirados defácil t rápida de anotar y medir, por lo que se desea hacer la una manera
construcción de un pneumotacometro.
Las medidas de los volúmenes de aire en los pulmones son para la realización
de pruebas experimentales en el laboratorio de fisiología de la uam iztapalapa. El
instrumento a desarrollar además de mostrar el volumen de aire, debe de poder
ayudar al investigador a mostrarle al sujeto de prueba la frecuencia con la cual
quiere que inspire y aspire el aire.
Por lo tanto el instrumento debe de cubrir 3 necesidades.
1
.-
Un despliegue rápido y sencillo de leer por el investigador (para hacer lasanotaciones rápidamente y sin complicaciones).
2.- Ayudar al investigador a indicador la frecuencia o ritmo con la cual desea
que el sujeto de prueba deba de inspirar y espirar el aire.
RESOLUCION
DEL
PROBLEMA
Para cubrir los puntos anteriores, decidimos construir el instrumento con una
combinación de elementos digital -analógicos, los cuales consistirán en dos partes,
Una para el despliegue del volumen y la frecuencia de inspirar-exhalar del
paciente con componentes digitales y otra, analógica para la selección de diferentes
escalas de volumen medible (los cuales son variables y a selección del investigador),
que van de 0.7 1 a los 2 1 para las diferentes pruebas realizadas. En esta misma etapa
se toma la señal de entrada la cual proviene de
un
transductor el cual convierte elvolumen en una señal eléctrica de fácil manejo.
No
se realiza el instrumento con una interfaz de computadora pues sucontracción resultaría costosa, y también, no cumpliría los puntos de ser de fácil
manejo para el investigador (para lo que se necesita diseñar un programa para el tratamiento
y
despliegue de la señal el cual requiere un tiempo amplio de>
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PRUEBAS
Las pruebas que se realizaron fueron las siguientes
Para el despliegue en frecuencia:
En este circuito las únicas pruebas que se pudieron realizar fueron de
amplitud y frecuencia, debido a la sencillez de este circuito, y a la alta manejabilidad
del integrado 80186 el cuál es un generador de funciones y maneja la ganancia con
una sola resistencia, si a esto aunamos que el circuito es totalmente autónomo (que
no depende del pnaumotacometro para funcionar) las pruebas fueron exclusivamente
hechas en el laboratorio de electrónica.
Para la ganancia únicamente la primera ocasión
fué
necesario calibrarladebido a que esta no varia con la frecuencia. Incluso en el despliegue se puede ver la
amplitud de la señal triangular.
Para la frecuencia fue un poco más difícil debido a que sé tenia que calibrar
con el osciloscopio y en los primeros valores la resolución con respecto al número
de vueltas del potenciómetro era mucho menor.
Para el segundo circuito, el cual no es autónomo pues sus valores dependen
de los valores entregados en el pneumotacometro primero se realizaron pruebas en el laboratorio de electrónica y después en el laboratorio de fisiología, y estas pruebas
fueron las siguientes:
En el laboratorio de electrónica se realizaron la calibración de las diez ganancias de los amplificadores así como la implementación (calibración) de
circuitos de offset debido a que la señal que el pneumotacometro nos estaba
entregando tenia un offset negativo. Este problema se resolvió con un offset
En el laboratorio de electrónica únicamente se les dio una ganancia la cual
fue calibrada por medio del osciloscopio y después corroborada por medio del
despliegue en leds que se tenia. La señal de entrada fue simulada por medio de un
generador de funciones. El cual nos entregaba distintas ganancias y frecuencias.
Las puebas que se tenían que realizar en el laboratorio de fisiología no se
realizaron debido a que los valores que se nos habían dado en un principio saturaban
nuestros amplificadores, debido a esto se tuvieron que volver a calcular las
Conclusiones
1.
-El instrumento fue diseñado adecuadamente debido
aque su diseño
y
su
bajo costo lo hacen viable comparandolo con
los
que actualmente existen en el
mercado.
2.
-
Con respecto al diseño del instrumento, se puede verificar que es
un
instrumento viable debido a la factibilidad para adquirir
los
componentes con
los
cuales fue elaborado. Las etapas del instrumento son
defácil
mantenimiento.
3. -
