CONSUMO DE O 2

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2. OBJETIVOS . El consumo de O2(VO2) es una medida de la actividad metabólica de una célula, un tejido, un órgano o el organismo completo. En fisiología y en clínica se estudia su variación cuando el individuo está en reposo o realiza esfuerzos variados hasta llegar a un máximo (VO2max). Es un método utilizado para cuantificar las limitaciones impuestas por diferentes patologías. . . clic clic Es necesario utilizar variables como Volumen minuto ventilatorio ( Ve, l/min), Volumen corriente (Vc, cc), frecuencia ventilatoria (Fv), presión parcial (Pp, mmHg), porcentaje del gas (%) o su fracción unitaria ( F ). Para recordar algunos conceptos básicos debe consultar las clases de Centro respiratorio, Hematosis, Transporte de O2, Exploración Funcional Pulmonar. . La eliminación de CO2 es tan importante como el consumo de O2 y tiene acción directa sobre las patologías del estado ácido-base. La relación entre ambos gases se cuantifica con el cociente respiratorio.

3. CONSUMO DE O2 reposo durante esfuerzo máximo pico ELIMINACION DE CO2 COCIENTE RESPIRATORIO MENU GENERAL

4. La energía necesaria para actividades basales o de realización de esfuerzo en el ser humano son provistas de lípidos, glúcidos y proteínas, a través de su oxidación mediante el O2 del aire que se respira. El consumo de O2 ( VO2 ) es una medida de la actividad celular metabólica y puede ser determinado tanto por la diferencia entre el gas inspirado y espirado o por la diferencia entre el gas contenido en la sangre que ingresa a la célula o tejido y el que sale. La condición que se debe cumplir es que exista un estado estacionario durante el período de medición. . Por ejemplo un aumento de ventilación normalmente se acompaña de un aumento de las reservas de O2 (aumento de PO2 en gas alveolar, disuelto en plasma, en sangre arterial y venosa, tejidos) y ello podría hacer pensar en un aumento del VO2 al medirlo en los gases ventilados. clic clic . . Por lo tanto el VO2 solo puede ser estimado correctamente midiendo la composición de los gases en la boca en condiciones de volumen minuto cardíaco, ventilación y metabolismo celular estable, lo que en la práctica se logra produciendo aumentos de las cargas en las pruebas de esfuerzo controladas, que tengan una duración que permita asegurar las condiciones antes mencionadas. . El VO2 en reposo es de aproximadamente 250 cc/min y puede llegar en esfuerzo máximo a 4000 cc/min. Existen valores de predicción por edad, sexo, altura, peso. CONSUMO DE OXIGENO MENU 1 de 2

5. Existe una descripción clásica desde los tiempos de Julius Comroe en 1960 para analizar la interrelación entre ventilación y circulación, donde la resultante final es el consumo de oxígeno ( VO2 ). . . VO2 . Q CONSUMO DE OXIGENO Cv Ca El modelo presentado corresponde a un pulmón monoalveolar que difiere del multiallveolar descrito en otros temas Ver las clases Circulación Pulmonar y Sistema Cardiopulmonar MENU 2 de 2

6. Durante una inspiración normal en reposo . Ve litro/min Vc cc FiO2 (%) PO2 mmHg . (Fi% –Fe% ) *10 *Ve (21-16) * 10 * 6 5 * 10 * 6 300 cc/min de VO2 clic clic clic . El Ve y el Vc son menores por la relación entre el O2 consumido a CO2 producido . El VO2 en reposo en este ejemplo es de 300cc/min 6 0.6 6*.8 0.6*.8 CONSUMO DE OXIGENO 16 115 6 litros de aire pueden estar producidos por un Vc de 0.6 litros y una Fr de 10 21 150 R E P O S O la FiO2 es de 21% (0.21) o una PiO2 de 150 mm Hg a nivel del mar Durante una espiración normal en reposo . la FeO2 es de 16% (0.16) o una PeO2 de 115 mm Hg La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre el gas de ingreso y el de egreso Ver la clase Centro Respiratorio MENU 1 de 2

7. . Se describió la forma de cálculo del VO2 en reposo analizando la ventilación que es la forma habitual en el estudio en clínica. Sale a través de la aorta un volumen mi nuto cardíaco (Q) de 6 l/min con un contenido de O2 de 20 cc/100cc ( CaO2 ) y una PaO2 de 100 mmHg. . . Q litro/min CaO2 cc/100cc CvO2 cc/100cc PO2 mmHg clic clic - Cuando la sangre regresa luego de pasar por todos los tejidos corporales el contenido venoso mixto (CvO2) es de 15 cc/100cc y la PO2 de 40 mmHg en condiciones normales. - . - (Ca –Cv ) *10 *Q (20-15) * 10 * 6 5 * 10 * 6 300 cc/min de VO2 . El VO2 es de 300 cc/min . CONSUMO DE OXIGENO Ello se debe complementar con la relación cardiovascular. . R E P O S O 6 15 40 6 20 100 La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre la sangre de egreso a través de la aorta y la de ingreso a la arteria pulmonar. Ver clase Hematosis, Saturación y contenido MENU 2 de 2

8. . Ve litro/min Vc cc FiO2 (%) PO2 mmHg . (Fi% –Fe% ) *10 *Ve (21-16) * 10 * 60 5 * 10 * 60 3000 cc/min de VO2 . clic clic clic • el Ve calculado del Vc puede mantenerse igual al inspirado solo si la relación entre el O2 consumido a CO2 producido es de 1. . . El VO2 en esfuerzo en este ejemplo es de 3000cc/min Durante la inspiración en esfuerzo 60 2 60*.8 2 *.8 CONSUMO DE OXIGENO 16 115 • 60 litros de aire pueden estar producidos por un Vc de 2 litros y una Fr de 30 21 150 E S F U E R Z O • la FiO2 es de 21% (0.21)o una PiO2 de 150 mm Hg a nivel del mar Durante la espiración en esfuerzo • la FeO2 es de 16% (0.16) o una PiO2 de 115 mm Hg La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre el gas de ingreso y el de egreso . MENU Ver clase de Hematosis, Saturación y Contenido 1 de 2

9. . Se describió la forma de cálculo del VO2 en esfuerzo analizando la ventilación que es la forma habitual en el estudio en clínica. Sale a través de la aorta un volumen mi nuto cardíaco (Q) de 24 l/min con un contenido de O2 de 20 cc/100cc ( CaO2 ) y una PaO2 de 100 mmHg o mas. . . Q litro/min CaO2 cc/100cc CvO2 cc/100cc PO2 mmHg clic clic Cuando la sangre regresa luego de pasar por todos los tejidos corporales el contenido venoso mixto (CvO2) es de 5 cc/100cc y la PO2 de menos de 40 mmHg. - . - (Ca –Cv ) *10 *Q (20-5) * 10 * 24 15 * 10 * 24 3600 cc/min de VO2 . El VO2 es de 3600 cc/min . CONSUMO DE OXIGENO Ello se debe complementar con la relación cardiovascular. . R E P O S O 24 5 <40 24 20 >100 La extracción de O2 se obtiene por la diferencia entre la sangre de egreso a través de la aorta y la de ingreso a la arteria pulmonar. Ver clase Hematosis, Saturación y contenido MENU 2 de 2

10. . El VO2 tiene un valor de reposo aproximadamente 250 cc/min que en las pruebas cardiológicas se suele representar como una energía de un MET. Si durante la prueba de esfuerzo un individuo alcanza a realizar un esfuerzo que se equivale a 1000 cc/min de VO2, habrá alcanzado 4 MET. . . VO2 l/min 3 2 1 0 clic Se estima que a los 2 o 3 minutos se alcanza el máximo para esa carga, que se llama esfuerzo sub máximo. Será máximo si el VO2 no aumenta a pesar del incremento de la carga. . 2 4 6 8 10 12 tiempo s CONSUMO DE OXIGENO Hay un desarrollo típico desde el comienzo hasta la recuperación postesfuerzo. M A X I M O Una vez iniciado el esfuerzo se produce un aumento creciente con el tiempo a una carga fija. Una vez suspendido el esfuerzo hay un período variable para volver a los valores de reposo. MENU 1 de 4

11. . • En forma inmediata al inicio del esfuerzo se produce el aumento de Q, por lo que el retraso presente en el aumento de VO2 se debe a mecanismos periféricos: • Inadecuado aporte de sangre a los músculos • Lento incremento celular del metabolismo aerobio . VO2 l/min • Como las necesidades energéticas no se cubren con el VO2 se dice que existe un déficit de oxígeno que se provee con • Disminución de PvO2 • Uso de enlaces ricos en energía (ATP y otros) • Conversión anaerobia de glucógeno a piruvato y lactato . . 3 2 1 0 clic - 2 4 6 8 10 12 tiempo s CONSUMO DE OXIGENO M A X I M O . MENU 2 de 4

12. . Después de algunos minutos el VO2 alcanza su meseta y provee toda la energía necesaria para la contracción de músculos periféricos, ventilatorios y cardíaco en esfuerzos moderados. VO2 l/min . 3 2 1 0 clic 2 4 6 8 10 12 tiempo s CONSUMO DE OXIGENO . El VO2 máximo se alcanza cuando sucesivos incrementos de la carga no se acompañan con aumento del consumo de O2. Como prueba de esfuerzo no es habitual su realización por la exigencia máxima requerida y se utilizan esfuerzos submáximos fijados por la tolerancia del paciente o por la presencia de signos clínicos alarmantes que indican que es prudente la interrupción de la prueba M A X I M O Toda falta de O2 a este nivel de esfuerzo se traduce en la presencia de metabolismo celular anaerobio y aumento de la concentración de ácido láctico. MENU 3 de 4

13. . Al interrumpirse el esfuerzo el VO2 queda por encima de los valores de reposo o basales. Este suplemento de O2 utilizado en la fase de recuperación postesfuerzo se llama deuda de oxígeno . El VO2 se normaliza en una primera fase rápida que corresponde a la fase aláctica que sigue la normalización de los depósitos de oxígeno antes descritos. VO2 l/min . 3 2 1 0 clic 2 4 6 8 10 12 tiempo s CONSUMO DE OXIGENO M A X I M O . • La segunda fase es mas lenta hasta alcanzar los valores de reposo, por • Corrección del déficit intracelular de sustancias producido por el metabolismo anaerobio • Oxidación del ácido láctico celular y circulante. . Hay diferentes deudas La medición de la etapa de recuperación o de la deuda de O2 son fundamentales MENU 4 de 4 3 de 3

14. . La forma de desarrollo del VO2 mostrada en pantallas anteriores es muy difundida en análisis básicos en fisiología o bioquímica. En las pruebas de esfuerzo usadas en clínica solamente se utiliza, a veces, cuando se explora un esfuerzo a cargas fijas con tiempos largos de realización. clic CONSUMO DE OXIGENO P I C O Los tiempos iniciales hasta alcanzar la meseta no suelen explorarse ( déficit de O2 ), sino que se fijan tiempos de 1, 3 o 5 minutos desde la iniciación del esfuerzo a una dada carga , en los que se supone que se ha llegado al valor máximo que debe alcanzar el individuo. Este hecho determina que haya una gran variedad de criterios en los protocolos fijados y propuestos por diferentes autores. En general se interrumpe el esfuerzo a demanda del paciente por dolor muscular, disnea u otros problemas físicos, por lo que se alcanzan esfuerzos submáximos Suele llamarse “pico” o “sub máximo” al consumo de oxigeno alcanzado en estas condiciones y representa la capacidad del individuo para soportar un nivel dado del esfuerzo. MENU 3 de 3 1 de 1

15. Durante una inspiración normal en reposo . Ve litro/min Vc cc FiCO2 (%) PCO2 mmHg . (Fe% –Fi% ) *10 *Ve (4 -0) * 10 * 6 4 * 10 * 6 240 cc/min de VCO2 clic clic clic . . • El Ve y el Vc espirados son menores por la relación entre el O2 consumido a CO2 producido (R 0.8) . El VCO2 en reposo en este ejemplo es de 240cc/min 6 0.6 6 *.8 0.6*.8 ELIMIN ACION DE CO2 4 40 6 litros de aire pueden estar producidos por un Vc de 0.6 litros y una Fr de 10 0 0 la FiCO2 es de 0% (0) pues el aire ambiente no contiene este gas. La PiCO2 por esta misma razón es 0 mm Hg Durante una espiración normal en reposo • la Feco2 es de 4% (0.4) o una Peco2 de 40 mm Hg La eliminación de CO2 se obtiene por la diferencia entre el gas de egreso y el de ingreso, pues el fenómeno es inverso al del O2 Ver clase Hematosis MENU 1 de 4

16. Conocidas estas dos variables, masa y concentración, se conocerá elvolumen (V)de líquido del que el CO2 fue eliminado o excretado; en este caso será el volumen minuto cardíaco (Q) . M = c * V VCO2 = (CvCO2– CaCO2 ) * Q . . clic clic - . VCO2 . Q ELIMIN ACION DE CO2 La concentración (c)estará dada por el contenido de dióxido de carbono en la sangre venosa mixta que ingresa por la arteria pulmonar, al que se le debe restar el contenido de la sangre arterial que egresa con cierta concentraciónde CO2. Producto de la actividad metabólica normal, hay una cantidad de CO2 que debe ser eliminada para que se mantenga una presión parcial de CO2 arterial normal (PaCO2 ) Esto se cumple en todo esfuerzo por debajo del umbral anaerobio. . CvCO2 CaCO2 Ver la clase Hematosis MENU 2 de 4

17. . . VCO2 = DvaCO2 * Q Q = VCO2 / DvaCO2 . . . . Si Q disminuye y la ventilación y el VO2 se mantienen constantes se producirá aumento de la diferencia entre el CvCO2 y el CaCO2, llamada diferencia veno-arterial ( DvaO2,). El comportamiento normal es un perfecto ajuste de la ventilación ante aumentos de Q . . clic clic . VCO2 . Q . Q Cuando se desean analizar las modificaciones cardiovasculares se puede modificar la ecuación anterior, colocando a Q como variable independiente. ELIMIN ACION DE CO2 La naturaleza exacta de este mecanismo de regulación no está totalmente definido. Se postuló la existencia de quimiorreceptores a nivel de sangre venosa mixta (arteria pulmonar) que no han sido identificados; no hay una clara diferencia entre el aumento de CO2 por ventilación (CcCO2) o por circulación (CvCO2). . CvCO2 CaCO2 DvaCO2 Dva MENU 3 de 4

18. Cuando la demanda energética es constante, también lo es la eliminación del CO2 producido por la interacción de los sistemas respiratorio y cardiovascular. clic clic . VCO2 Cuando la inhomogeneidad pulmonar es muy grande y las variaciones de V/Q son extremas pueden hallarse diferencias importantes que desaconsejen el uso de este método simplificado . . . Q ELIMIN ACION DE CO2 Si el contenido venoso de O2 y de CO2 se alteran por diferentes acciones existen numerosos receptores cardiopulmonares que modifican la ventilación por las señales de variación de pH, PCO2 y PO2 . CvCO2 CaCO2 Dva DvaCO2 También existen regulaciones de la ventilación producidas por hormonas y otras sustancias químicas específicas que han sido modificadas por el sistema cardiovascular. Debido a la gran difusibilidad del CO2 suele utilizarse la PACO2 de fin de espiración (P End Tidal en inglés) como equivalente de la sangre arterial . De esta manera se evita la punción de una arteria para extraer sangre para conocer sus variaciones durante el esfuerzo. . , . Ver la clase Circulación Pulmonar MENU 4 de 4

19. . . La relación en reposo y en estado estacionario entre VO2 y VCO2 es una medida de la actividad metabólica y de los sustratos utilizados por el organismo; se llama Cociente Respiratorio ( R ) . . R = VCO2 / VO2= 240 cc/min / 300 cc/min = 0.8 clic clic COCIENTE RESPIRATORIO . . Su valor normal es 0.8 y corresponde a una ingesta y metabolismo de una mezcla de glúcidos ( R = 1) , prótidos (R = 0,7) y lípidos (R = 0.8). Su valor es una buena referencia de la calibración de los equipos cuando se miden gases respiratorios. Si al iniciar una prueba R es distinto a 0.8 deben analizarse las características del paciente y de la calibración del equipo. En el caso de un esfuerzo leve o moderado conserva el valor de reposo. En caso de esfuerzo muy intenso o extremo, R aumenta hasta valores superiores a 1, por incremento de la utilización de glúcidos y porque se rompe la relación con la actividad metabólica del individuo. La razón prin cipal es la acidosis láctica generada. Obviamente volverá a disminuir cuando se produzca la depleción de glúcidos y la reconversión del ácido láctico. . RESUMEN FINAL MENU 1 de 1

20. CONCLUSIONES Actualmente se realiza la medición de la concentración de O2 en las mezclas gaseosas respiradas y también el volumen ventilado para poder calcular el consumo de O2 ( VO2, l/min). Las pruebas de esfuerzo con cintas ergométricas o cicloergómetros ( de pié, de mano) se utilizan para cuantificar las limitaciones producidas por patologías, el aumento de eficiencia en entrenamiento deportivo, las recuperaciones postquirúrgicas. . clic clic . El VO2 en reposo se llama consumo de oxígeno basal. El consumo de oxígenomáximo es mas un concepto teórico en relación a la eficiencia metabólica de un individuo, pero su medición se realiza solo en trabajos experimentales muy específicos. Se miden consumos de O2 submáximos y su interpretación se realiza como la mayoría de las variables fisiológicas: conociendo los valores de predicción o determinando las diferencias existentes con pruebas anteriores. La medición del consumo de oxígeno por espirometría (aparato de Benedict) se utilizó en clínica durante muchos años a fin de detectar alteraciones metabólicas. Por estos adelantos técnicos y su aplicación muy difundida es necesario entender conceptos básicos desarrollados en esta clase . La eliminación de CO2 está relacionada con el estado ácido-base del organismo y en clínica se estudia por medición de la presión parcial en sangre arterial (PCO2) FIN