Download Principios físicos de intercambio gaseoso GUYTON and more Study notes Physiology in PDF only on Docsity!
Principios físicos del intercambio
gaseoso; difusión de oxígeno y dióxido de
carbono a través de la membrana
respiratoria
Cuando los alvéolos ya están ventilados con aire limpio empieza la siguiente fase de la respiración: difusión de oxígeno desde los alveolos hacia sangre pulmonar y difusión del dióxido de carbono en dirección opuesta.
En fisiología respiratoria importa la velocidad a la que ocurre la difusión ya que es un problema más complejo que precisa un conocimiento más profundo de la física de la difusión y del intercambio gaseoso. Física de la difusión gaseosa y presiones parciales de gases Todos los gases importantes en fisiología respiratoria se mueven libremente entre sí por medio de la <<difusión>>. Para que se produzca la difusión se necesita una fuente de energía, esta fuente procede del movimiento cinético de las mismas partículas. Excepto a la temperatura del cero absoluto, todas las moléculas de toda materia están experimentando movimiento de manera continua. En moléculas libres que no están unidas físicamente a otras hay un movimiento lineal a una velocidad elevada hasta que chocan otras moléculas. Después rebotan en nuevas direcciones y siguen en movimiento hasta que chocan de nuevo con otras moléculas, de esta forma las moléculas se mueven de manera rápida y aleatoria. Difusión neta de un gas en una dirección: efecto de un gradiente de concentración Si una cámara de gas o solución tiene una concentración elevada de un gas en extremo y en el otro extremo de la cámara hay menor concentración se produciría difusión neta del gas desde la zona de concentración elevada hacia la zona de concentración baja. Esto es debido a que hay muchas más moléculas en un extremo A para difundir al extremo B que moléculas para difundir en la dirección opuesta. Por lo tanto, las velocidades de difusión en cada una e las dos direcciones son diferentes proporcionalmente.
Presiones gaseosas en una mezcla de gases: <> de gases individuales. La presión está producida por múltiples impactos de partículas en movimiento contra una superficie.
La presión de un gas actúa sobre superficies de las vías aéreas y de los alvéolos es proporcional a la suma de las fuerzas de los impactos de todas las moléculas de ese gas que chocan con la superficie en cualquier momento dado. Esto significa que la presión es directamente proporcional a la concentración de las moléculas del gas. En fisiología respiratoria se manejan muestras de mezclas de gases, principalmente oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. La velocidad de difusión de cada uno de estos gases es directamente proporcional a la presión que genera ESE GAS SOLO, que se denomina presión parcial de ese gas. Los gases disueltos en agua o en tejidos corporales también ejercen presión porque las moléculas se mueven de manera aleatoria y tiene cinética. Factores que determinan la presión parcial de un gas disuelto en un líquido La presión de un gas en un a solución esta determinada no solo por su concentración sino también por el coeficiente de solubilidad del gas. Algunos tipos de moléculas, especialmente CO 2 , son atraídas física o químicamente por moléculas de agua mientras que otras moléculas son repelidas. Cuando son atraídas se disuelven muchas mas sin generar un exceso de presión parcial en el interior de la solución. La que son repelidas se genera una presión parcial elevada con menos moléculas disueltas. Esta relación usa la ley de Henry. COEFICIENTES DE SOLUBILIDAD: Oxigeno 0. Dióxido 0. De carbono Monóxido 0. De carbono Nitrógeno 0. Helio 0. La presión parcial de cada uno de los gases en la mezcla de gas respiratorio alveolar tiende a hacer que las moléculas de ese gas se disuelvan en la sangre de los capilares alveolares. ✓ La difusión neta está determinada por la diferencia entre dos presiones parciales. ✓ Si la presión parcial es mayor en la fase gaseosa de los alveolos, como ocurre normalmente en el caso del oxígeno, entonces más moléculas difundirán hacia la sangre que en la otra dirección. La presión parcial que ejercen las moléculas de agua para escapar a través de la superficie se denomina: presión de vapor del agua. A temperatura corporal normal la presión de vapor es de 47 mmHg (valor más importante que se debe recordar). La presión de vapor de agua depende de la temperatura del agua.
Concentración y presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono en los alveolos Cuanto más rápidamente se absorba el O2 menor será su concentración en los alveolos; por el contrario, cuanto más rápidamente se inhale nuevo O2 hacia los alveolos desde la atmosfera, mayor será su concentración. La concentración de 02 en los alveolos y también su presión parcial está controlada por: Velocidad de absorción de O2 hacia la sangre, la velocidad de entrada de O2 nuevo a los pulmones por el proceso ventilatorio. → El valor normal de Po 2 es de 104 mmHg. CO 2 →El dióxido de carbono se forma continuamente en el cuerpo y después se transporta por la sangre hacia los alveolos; se elimina continuamente de los alveolos por la ventilación. →La Pco 2 alveolar aumenta en proporción directa a la velocidad de excreción de CO 2. → La Pco 2 alveolar disminuye en proporción inversa a la ventilación alveolar. → El valor normal de Pco 2 es de 40 mmHg.
- El aire espirado es una combinación de aire del espacio muerto y aire alveolar: Composición global del aire espirado esta determinado por: cantidad del aire espirado que es aire del espacio muerto y la cantidad que es aire alveolar. El aire espirado normal contiene concentraciones que están entre las del aire alveolar y el aire atmosférico humidificado. Difusión de gases a través de la membrana respiratoria La unidad respiratoria o lobulillo respiratorio está formado por un bronquiolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alveolos. Las paredes alveolares son muy delgadas y entre los alveolos hay una red casi solida de capilares interconectados. →El intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce a través de las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones, no solo alveolos. Todas estas membranas se conocen de manera colectiva como membrana respiratoria o membrana pulmonar. ➢ Membrana respiratoria: Tiene 6 capas
- Capa de líquido que contiene surfactante y que tapiza alveolo, lo que reduce la tensión superficial.
- Epitelio alveolar, está formada por células epiteliales delgadas.
- Una membrana basal epitelial.
- Espacio intersticial delgado entre el epitelio alveolar y la membrana capilar.
- Membrana basal capilar que en muchos casos se fusiona con la membrana basal del epitelio basal del epitelio alveolar.
- Membrana del endotelio capilar. El grosor de la membrana respiratoria es pequeño. (0,2mm-0,6mm), su área superficial total es de 70m2. → La cantidad de sangre en los capilares de los pulmones en cualquier instante dado es de 60 a 140 ml.
Factores que influyen en la velocidad de difusión gaseosa a través de la membrana respiratoria Los factores que determinan la rapidez con la que un gas atraviesa la membrana son: ➢ El grosor de la membrana ➢ Área superficial de la membrana. ➢ Coeficiente de difusión del gas en la sustancia de la membrana. ➢ Diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados de la membrana. → Como consecuencia de la presencia de liquido de edema en el espacio intersticial de la membrana y en los alveolos se aumenta el grosor de membrana ya que los gases respiratorios deben difundir no solo a través de la membrana, sino que también a través del líquido. Fibrosis también aumenta grosor de membrana → Velocidad de difusión a través de la membrana es inversamente proporcional al grosor de la membrana. El área superficial de la membrana respiratoria se puede reducir en distintas formas: resección de todo un pulmón, enfisema, una disminución mínima del área superficial de los pulmones puede producir un deterioro grave del intercambio respiratorio de gases. El coeficiente de difusión para la transferencia de cada uno de los gases a través de la membrana respiratoria depende la solubilidad del gas en la membrana e inversamente de la raíz cuadrad del peso molecular del gas. La velocidad de difusión de la membrana respiratoria es casi exactamente la misma que en el agua. La diferencia de presión a través de la membrana es la diferencia entre la presión parcial del gas en los alveolos y la presión parcial del gas en la sangre capilar pulmonar. La capacidad de la membrana respiratoria de intercambiar un gas entre los alveolos y la sangre pulmonar se expresa en términos cuantitativos por la capacidad de difusión de la membrana respiratoria la cual es el volumen de un gas que difunde a través de la membrana en cada minuto para una diferencia de presión parcial de 1 mmHg. → Capacidad de difusión del oxígeno: En un hombre joven medio la capacidad de difusión del O 2 en condiciones de reposo es de 21 ml/min/mmHg. Es decir, la diferencia media de presión de 0 2 a través de la membrana respiratoria durante la respiración tranquila es de aproximadamente 11mmHg. →Aumento de la capacidad de difusión del oxígeno durante el ejercicio: Durante el ejercicio muy intenso u otras situaciones que aumentan mucho el flujo sanguíneo pulmonar y la ventilación alveolar la capacidad de difusión del O2 aumenta en hombres jóvenes hasta 65 ml/min/mmHg. El aumento esta producido por varios factores: ➢ Apertura de muchos capilares pulmonares previamente cerrados o la dilatación adicional de capilares ya abiertos, aumentando el área superficial de la sangre hacia la que puede difundir el O 2. ➢ Mejor equilibrio entre ventilación de los alveolos y la perfusión de los capilares alveolares con sangre, denominado cociente de ventilación-perfusión. Durante el ejercicio la oxigenación de la sangre aumenta no solo por el aumento de la ventilación alveolar, sino también por una mayor capacidad de difusión de la membrana respiratoria para transportar el O 2 hacia la sangre.
Corto circuito fisiológico (cuando VA/Q es menor de lo normal) Cuando el cociente está por debajo de lo normal hay una ventilación inadecuada para aportar el oxigeno necesario para oxigenar completamente la sangre que fluye a través de los capilares alveolares. Por lo tanto, cierta fracción de la sangre venosa que atraviesa los capilares pulmonares no se oxigena y es llamada sangre derivada. → La magnitud cuantitativa total de la sangre derivada por minuto se denomina cortocircuito fisiológico. Cuanto mayor sea el cortocircuito, mayor es la cantidad de sangre que no se oxigena cuando pasa por los pulmones. Espacio muerto fisiológico (cuando VA/Q es mayor de lo normal) Cuando la ventilación es grande en alguno de los alveolos, pero el flujo sanguíneo es bajo dispone de mucho más oxígeno en los alveolos de lo que se puede extraer de los alveolos por la sangre que fluye , así que se dice que al ventilación de estos alveolos esta desperdiciada. La ventilación del espacio muerto anatómico también se desperdicia. La suma de estos dos tipos de ventilación desperdiciada se denomina espacio muerto fisiológico. Cuando el espacio muerto fisiológico es grande, buena parte del trabajo de la ventilación es un esfuerzo desperdiciado porque una eleva proporción del aire de la ventilación nunca llega a la sangre. Anomalías del cociente de ventilación-perfusión → VA/Q anormal en la parte superior e inferior del pulmón normal: En persona normal en posición erguida tanto el flujo sanguíneo capilar pulmonar como ventilación alveolar son menores en la parte superior del pulmón que en la parte inferior; sin embargo , la disminución del flujo sanguíneo es considerablemente mayor que la ventilación. ➢ En la parte superior del pulmón el cociente es hasta 2,5 veces mayor del valor ideal, lo que da lugar a un espacio muerto fisiológico. En el otro extremo, en la parte inferior del pulmón también hay una ligera disminución de la ventilación en relación con el flujo sanguíneo , entonces el cociente es tan bajo como 0,6 veces el valor ideal. ➢ En esta zona la sangre no se oxigena normalmente y esto representa un cortocircuito fisiológico. → VA/Q anormal e la enfermedad pulmonar obstructiva: Personas fumadoras presenta grados variables de obstrucción bronquial, se puede hacer tan grave que se presenta enfisema. Este destruye paredes alveolares , así que los fumadores producen dos alteraciones que hacen que él VA/Q anormal. Primero, los bronquios están obstruidos, los alveolos distales a las obstrucciones no están ventilados, dando lugar a un VA/Q próximo a cero. Segundo, en las zonas del pulmón en las que las paredes alveolares han sido principalmente destruidas, pero siguen habiendo ventialcion alveolar la mayor parte de la ventilación se desperdicia debido al flujos sanguíneo inadecuado para transportar los gases sanguíneos. Así en enfermedades pulmonares obstructivas algunas zonas muestran cortocircuito fisiológico y otras espacio muerto fisiológico.
