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PRINCIPIOS FÍSICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO: DIFUSIÓN DE OXIDENO Y
DIÓXIDO DE CARBONO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
Es proceso de la difusión es simplemente el movimiento aleatorio de moléculas en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes. Pero a la fisiología no le interesa el mecanismo básico mediante del que se produce la difusión, sino también la velocidad a la que ocurre.
FÍSICA DE LA DIFUSIÓN GASEOSA Y PRESIONES PARCIALES DE GASES.
Base molecular de la difusión gaseosa. Todos los gases importantes en fisiología respiratoria son moléculas simples que se mueven libremente entre sí por difusión. Esta también se aplica a lo gases que están disueltos en los líquidos y en los tejidos del cuerpo. Para que se produzca la difusión debe haber una fuente de energía. Esta fuente procede del movimiento cinético de las propias partículas. Difusión neta de un gas en una dirección: Efecto de un gradiente de concentración Si una cámara de gas o una solución tiene una concentración elevada de un gas particular en un extremo de la cámara y una concentración baja en el otro extremo, se producirá difusión neta del gas desde la zona de concentración elevada hacia la zona de concentración baja. Presiones gaseosas en una mezcla de gases: «presiones parciales» de gases individuales. La presión está producida por múltiples impactos de partículas en movimiento contra una superficie. Por tanto, la presión de un gas que actúa sobre las 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 gases mezclas de gases, principalmente oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. Presiones de gases disueltos en agua y tejidos Los gases disueltos en agua o en los tejidos corporales también ejercen una presión, porque las moléculas de gas disuelto se mueven de manera aleatoria y tienen energía cinética. Además, cuando el gas disuelto en el líquido entra en contacto con una superficie, como la membrana de una célula, ejerce su propia presión parcial de la misma manera que un gas en la fase gaseosa. Las presiones parciales de diferentes gases disueltos se denominan de la misma manera que las presiones parciales en estado gaseoso, es decir, Po2, Pco2, Pn2, Phe.
Factores que determinan la presión parcial de un gas disuelto en un líquido. La presión parcial de un gas en una solución está determinada no solo por su concentración, sino también por el coeficiente de solubilidad del gas. Por el contrario, en el caso de moléculas que son repelidas se generará una presión parcial elevada con menos moléculas disueltas. Estas relaciones se expresan mediante la fórmula siguiente, que es la ley de Henry: Cuando la presión parcial se expresa en atmósferas (una presión de 1 atmósfera es equivalente a 760 mmHg) y la concentración se expresa en volumen de gas disuelto en cada volumen de agua, los coeficientes de solubilidad de gases respiratorios importantes a temperatura corporal son los siguientes: Difusión de gases entre la fase gaseosa de los alvéolos y la fase disuelta de la sangre pulmonar. 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. Por el contrario, las moléculas del mismo gas que ya están disueltas en la sangre están rebotando de manera aleatoria en el líquido de la sangre, algunas de estas moléculas que rebotan escapan de nuevo hacia los alveolos. La velocidad a la que escapan es directamente proporcional a su presión parcial en la sangre. La difusión neta está determinada por la diferencia entre las dos presiones parciales. Presión de vapor de agua. Cuando se inhala aire no humidificado hacia las vías aéreas, el agua se evapora inmediatamente desde las superficies de estas vías aéreas y humidifica el aire. Esto se debe al hecho de que las moléculas de agua, al igual que las que las moléculas de los diferentes gases disueltos están escapando continuamente de la superficie del agua hacia la fase gaseosa. La presión parcial que ejercen las moléculas de agua para escapar a través de la superficie se denomina la presión de vapor del agua. La presión de vapor de agua depende totalmente de la temperatura del agua. Cuando la temperatura sea mayor, mayor será la actividad cinética de las moléculas, y, por tanto, mayor será la probabilidad de que las moléculas de agua se escapen de la superficie del agua hacia la fase gaseosa.
Difusión de gases a través de tejidos
Los gases importantes en fisiología respiratoria son todos ellos muy solubles en lípidos y, en consecuencia, son muy solubles en las membranas celulares. Debido a esto, la principal limitación al movimiento de los gases en los tejidos es la velocidad a la que los gases pueden difundir a través del agua tisular, en lugar de a través de las membranas celulares. Por tanto, la difusión de gases a través de los tejidos, y también a través de la membrana respiratoria, es casi igual a la difusión de los gases en el agua, como se señala en la lista anterior.
LAS COMPOSICIONES DEL AIRE ALVEOLAR Y EL AIRE ATMOSFÉRICO
SON DIFERENTES
El aire alveolar no tiene de modo alguno las mismas concentraciones de gases que el aire atmosférico. Primero el aire alveolar es sustituido sólo de manera parcial por el aire atmosférico en cada respiración. Segundo, el O 2 constantemente hacia la sangre pulmonar desde el aire por pulmonar. Tercero, el CO 2 está difundiendo constantemente desde la sangre pulmonar hacia los alvéolos. Cuarto, el aire atmosférico que entra en las vías aéreas es un modificado incluso antes de que llegue a los alvéolos.
HUMIDIFICACIÓN DEL AIRE EN LAS VÍAS AÉREAS
el aire atmosférico está compuesto casi totalmente por nitrógeno y oxígeno; apenas contiene dióxido de carbono y poco vapor de agua. Pero tan pronto como el aire atmosférico entra en las vías aéreas está expuesto a los líquidos que recubren las superficies respiratorias. El aire significa casi totalmente antes de ingresar los alvéolos. la presión parcial del vapor de agua a una temperatura corporal normal de 37º C es de 47 mmHg, qué es, por tanto, la presión parcial del vapor de agua del aire alveolar. como la presión total de los alvéolos no puede aumentar por encima de la presión atmosférica este vapor de agua simplemente diluye todos los demás gases que están en el aire inspirado. la humidificación del aire diluye la presión parcial del oxígeno al nivel del mar desde un promedio de 159 mmHg en el aire atmosférico a 149mmHg en el aire humidificado, y diluye la presión parcial de nitrógeno desde 597 a 56 mmHg.
EL AIRE ALVEOLAR SE RENUEVA LENTAMENTE POR EL AIRE
ATMOSFÉRICO
Se señaló que en promedio la capacidad residual funcional de los pulmones (el volumen de
aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal) en un hombre mide
aproximadamente 2.300 ml. Sin embargo, solo 350 ml de aire nuevo entran en los alvéolos
en cada inspiración normal y se espira esta misma cantidad de aire alveolar. Por tanto, el
volumen de aire alveolar que es sustituido por aire atmosférico nuevo en cada respiración
es de solo 1/7 del total, de modo que son necesarias múltiples inspiraciones para
intercambiar la mayor parte del aire alveolar.
La figura 40-2 muestra esta lenta velocidad de renovación del aire alveolar. En el primer
alvéolo de la figura hay una cantidad excesiva de un gas en los alvéolos, pero obsérvese
que incluso al final de 16 respiraciones todavía no se ha eliminado completamente el
exceso de gas de los alvéolos.
La figura 40-3 muestra gráficamente la velocidad a la que se elimina normalmente el
exceso de gas de los alvéolos, y que con una ventilación alveolar normal se elimina
aproximadamente la mitad del gas en 17 s. Cuando la velocidad de ventilación alveolar de
una persona es de solo la mitad de lo normal, se elimina la mitad del gas en 34 s, y cuando
la velocidad de la ventilación es el doble de lo normal se elimina la mitad en
aproximadamente 8 s.
CONCENTRACIÓN Y PRESIÓN PARCIAL DE CO2 EN LOS ALVÉOLOS
El dióxido de carbono se forma continuamente en el cuerpo y después se transporta por la sangre hacia los alvéolos; se elimina continuamente de los alvéolos por la ventilación. Una curva representa una velocidad normal de excreción de CO2 de 200 ml/min. A la velocidad normal de ventilación alveolar de 4,2 l/min, el punto operativo para la Pco2 alveolar está en el punto A En la figura 40-5 se pueden ver otros dos hechos: primero, la Pco2 alveolar aumenta en proporción directa a la velocidad de excreción de CO2, como representa la elevación de cuatro veces de la curva (cuando se excretan 800 ml de CO por minuto). Segundo, la Pco2 alveolar disminuye en proporción inversa a la ventilación alveolar. Por tanto, las concentraciones y las presiones parciales tanto del O2 como del CO2 en los alvéolos están determinadas por las velocidades de absorción o excreción de los dos gases y por la magnitud de la ventilación alveolar.
EL AIRE ESPIRADO ES UNA COMBINACIÓN DE AIRE DEL ESPACIO
MUERTO Y AIRE ALVEOLAR
La composición global del aire espirado está determinada por: 1) la cantidad del aire espirado que es aire del espacio muerto, y 2) la cantidad que es aire alveolar. Después cada vez más aire alveolar se mezcla con el aire del espacio muerto hasta que finalmente se ha eliminado el aire del espacio muerto y solo se espira aire alveolar al final de la espiración. Por tanto, el método para obtener aire alveolar para su estudio es simplemente obtener una muestra de la última porción del aire espirado después de que una espiración forzada haya eliminado todo el aire del espacio muerto.
DIFUSIÓN DE GASES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA:
Unidad Respiratoria: También llamada lobulillo respiratorio, está formada 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 los capilares interconectados, debido a lo extenso del plexo capilar, se ha descrito que el flujo de la sangre en la pared alveolar es una lámina de sangre que fluye. Los gases alveolares están muy próximos a la sangre de los capilares pulmonares. Todas estas membranas se conocen de manera colectiva como la membrana respiratoria, también denominada membrana pulmonar. Membrana Respiratoria: Se pueden observar las siguientes capas de la membrana respiratoria:
- Una capa que contiene surfactante y que tapiza el alveolo, lo que reduce la tensión superficial del líquido alveolar.
- Epitelio alveolar, que está formado por células epiteliales delgadas.
- Una membrana basal epitelial.
- Un espacio intersticial delgado entre el epitelio alveolar y membrana capilar.
- Una membrana basal del epitelio alveolar.
- La membrana del endotelio capilar.
- la apertura de muchos capilares pulmonares previamente cerrados o la dilatación adicional de capilares ya abiertos, aumentando de esta manera el área superficial de la sangre hacia la que puede difundir el Oz
- un mejor equilibrio entre la ventilación de los alvéolos y la perfusión de los capilares alveolares con sangre, denominado cociente de ventilación perfusión.
CAPACIDAD DE DIFUSIÓN DEL DIÓXIDO DE CARBONO.
Nunca se ha medido la capacidad de difusión del CO, porque el CO, difunde a través de la membrana respiratoria con tanta rapidez que la Pco2, media de la sangre pulmonar no es muy diferente de la Pco2, de los alvéolos (la diferencia media es menor de 1 mmHg). Con las técnicas disponibles actualmente, esta diferencia es demasiado pequeña como para poderla medir. Sin embargo, las mediciones de la difusión de otros gases han mostrado que la capacidad de difusión varía directamente con el coeficiente de difusión del gas particular. Como el coeficiente de difusión del CO, es algo mayor de 20 veces el del O, cabe esperar que la capacidad de difusión del CO, en reposo sea de aproximadamente 400 a 450 ml/min/mmHg y durante el esfuerzo de aproximadamente 1.200 a 1.300 ml/min/mmHg. MEDICIÓN DE LA CAPACIDAD DE DIFUSIÓN: EL MÉTODO DEL MONÓXIDO DE CARBONO. La capacidad de difusión del O, se puede calcular a partir de las mediciones de:
- la Po, alveolar
- la Po, de la sangre capilar pulmonar
- la velocidad de captación de O2 por la sangre. Sin embargo, la medición de la Po, en la sangre capilar pulmonar es tan difícil e imprecisa que no es práctico medir la capacidad de difusión del oxígeno por ninguno de estos procedimientos directos, excepto de manera experimental.
PRINCIPIOS FÍSICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO: DIFUSIÓN DE OXIDENO Y
DIÓXIDO DE CARBONO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
PRGUNTAS DE REPASO
1) La presión parcial que se ejercen las moléculas de agua para escapar a través de la superficie se denomina. Presión del vapor del agua presión elevada presión superficial 2) La presión parcial del vapor de agua en la mezcla de gases es de 58mmhg 98mmhg 37mmhg 47mmhg 3) Además de la diferencia de presión hay diversos factores que afectan la velocidad de difusión del gas en un líquido. Verdadero Falso 4) Cuando mayor sea la solubilidad del gas mayor es el número de moléculas disponibles para difundir para cualquier diferencia de presión parcial dada. Verdadero Falso 5) El aire alveolar tiene en modo algunas de las mismas concentraciones de gases que el aire atmosférico. Verdadero Falso 6) El aire atmosférico está compuesto casi totalmente por Nitrógeno y dióxido de carbono Oxígeno y cobre Nitrógeno y oxigeno 7) Hay aproximadamente 300 millones de alvéolos en los dos pulmones y cada alvéolo tiene un diámetro medio de aproximadamente 0,2mm. Verdadero falso 8) El oxígeno difunde aproximadamente dos veces más rápido que el nitrógeno. Verdadero falso 9) Para que se produzca la difusión no debe haber una fuente de energía. Verdadero falso 10) Para que se produzca la difusión debe haber una fuente de energía, esta fuente procede del movimiento cinético de las propias partículas. Verdadero falso 11) La presión parcial de un gas en una solución está determinada no solo por su concentración. Verdadero falso
