Introduccion
El siguiente paso después de que los alveolos se hayan llenado con aire limpio (inspiración) es la difusión de gases.
Difusión: Movimiento aleatorio de moléculas en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes.
Fisica de la difusión gaseosa y presiones parciales de gases
Para que se de la difusión gaseosa se requiere de energía que proviene de la energía cinética, es decir de la energía de las partículas cuando existe movimiento.
*A temperatura del cero absoluto: Las moléculas no van a tener movimiento, es decir no van a producir energía.
Difusión neta de un gas en una dirección: efecto de un gradiente de concentración
Ejemplo: en una cámara tenemos que existe mayor concentración de un gas x en un extremo, mientras que en el otro extremo la concentración va a ser baja. El movimiento se va a dar de una zona de mayor concentración a una de menor concentración. Esto se debe que exististe más moléculas que difundir en el extremo A hacia el extremo B,
Presiones gaseosas en una mezcla de gases “presiones parciales de gases indivuduales.
Presión: producida por los múltiples impactos de las moléculas en movimiento contra una superficie.
Ejm: la presión de un gas sobre un segmento de la via respiratoria, en realidad va a ser la sumatoria de de las fuerzas con las que impactan las moléculas en un momento determinado.
>Concentración de moléculas > presión
Presión total: Suma de presiones parciales en una mezcla de gases como el aire Presión parcial:
Tomando de referencia al aire con una presión de Total de 760mmHg y una composición de 79% nitrógeno y 21% oxigeno.
El 79% (correspondiente al Nitrogeno) de 760mmHg es: 600mmHg es decir la presión parcial del N
Y lo mismo con el O2 21% de 760mmHg: 160mmHg presión parcial O2 Las presiones parciales se representan como: PO2 PCO2 PN2
>Presión parcial de cada gas >Velocidad de difusión
Los gases disueltos en liquidos también ejercen presión parcial sobre las paredes con las que el liquido está en contacto, debido a que las moléculas están en movimiento. Se sigue denominando PC2 PO2 etc..
Factores que determinan l apresion parcial de un gas disuelto en un liquido Presion parcial en un líquido no solo depende de la concentración del gas.
Depende de : Coeficiente de solubilidad ( atracción de las moléculas del gas por el agua)
Es decir:
>coeficiente solubilidad > puede haber mas concentración de un gas sin aumento de presión
<coef. Solubilidad. Aumento de presión con menos concentración de moléculas. Difusión de gases entre la fase gaseosa de los alveolos y fase disuelta en la sangre pulmonar
Dirección de la Difusión neta: Determinada por la diferentica entre las presiones parciales.
PO2 (fase gaseosa alveolos) > a PO2 sangre= paso de oxigeno de alveolos a sangre, Todo lo contrario con el CO2, paso de Co2 desde sangre a alveolos.
Presion del vapor de agua
Inhalación aire seco a vías respiratorias. Agua de la superficie de vías aéreas se evapora y humidifica el aire. (debido a que las moléculas de H20 constantemente están pasando a la fase gaseosa). Están escapando de la superficie del agua a la fase gaseosa. La presión que se da cuando las moléculas pasan o escapan de la superficie de agua a la fase gaseosa se denomina presión de vapor de agua.
Presiones de vapor dependen de la temperatura. 37° (corporal) presión 47mmHg
100° : 760 mmHg 0°: 5mmHg
Difusión de gases a través de liquidos: la diferencia de precsion provoca difusión neta.
Presion parcial de una zona mayor que otra zona difusión neta desde zona de mayor presión a zona de menor presión.
Mayor cantidad de moléculas (zona de presión elevada) mayor probabilidad de pasar de una manera aletoria hacia la zona de menor presión. Que las moléculas que intentan pasar en la otra dirección
*algunas moléculas pueden pasar desde la zona de menor presión. Difusion neta del gas:
#moléculas que rebotan en dirección anterógrada menos # molec, que rebotan en dirección contraria.
Cuantificacion de la velocidad neta de difusicon de liquidos Factores:
Presión: >presión > velocidad Solubilidad: >solub, > veloc
Area trasnversal del liquido: >area > veloc
Distancia a través de la cual debe difundir el gas >distancia < veloci. Peso molecular del gas
Kvelocidades relactivas a las que difundirán diferentes gases son proporcionales a sus coeficientes de difusión.
Coeficiente difusión: dado por peso molecular y solubilidad. Difusión de los gases a través de los tejidos:
Los gases de importancia respiratoria son todos solubles en lípidos por lo que difunden fácilmente a través de la membrana de los tejidos. La limitación se por la tasa a la que estos gases difunden por el agua tisular. Por tanto la difusión de los gases a través de los tejidos es igual a la difusión de los gases en agua.
COMPOSICIÓN DEL AIRE ALVEOLAR: SU RELACIÓN CON EL AIRE ATMOSFÉRICO:
El aire alveolar difiere del aire atmosférico por:
El aire alveolar solo es sustituido parcialmente por el aire atmosférico en la respiración.
Se absorbe O2 continuamente del aire alveolar.
El CO2 difunde constantemente de la sangre pulmonar a los alveolos.
El aire atmosférico seco que penetra en las vías respiratorias se humidifica antes de llegar a los alveolos.
Humidificación del aire a medida que penetra en las vías respiratorias:
Cuando el aire atmosférico entra en las vías se expone a los líquidos q revisten las superficies respiratorias.
La presión parcial del vapor de agua a 37o (temp. Corporal) es de 47 mmHg en el aire alveolar.
Ya que la presión alveolar no puede elevarse de la presión atmosférica (760 mmHg) este vapor diluye la presión de los demás gases del aire inspirado. Tasa de renovación del aire alveolar por el aire atmosférico:
Aunque la capacidad residual funcional de los pulmones (la cantidad de aire que permanece en los pulmones al final de la espiración normal) es de 2300 ml, la cantidad de aire nuevo que se introduce en los alveolos con cada respiración es de 350 ml y se espira la misma cantidad. Es por eso que el aire alveolar sustituido por aire nuevo en la respiración normal es solo 1/7 del total, y se necesita de varias respiraciones para renovar completamente el aire alveolar.
La tasa a la que se elimina el exceso de un gas en los alveolos es de 34 segundos para eliminar la mitad, en la ventilación alveolar normal. Cuando la tasa de ventilación alveolar es el doble la mitad del exceso se elimina en 8 segundos.
Importancia de la renovación lenta del aire alveolar:
Gracias a q la renovación del aire alveolar es lenta se evita cambios muy repentinos en las concentraciones de gases en la sangre. Evita aumentos y descensos excesivos de oxigenación, concentración de CO2 y del pH.
Concentración de oxígeno y presión parcial en los alvéolos:
La concentración de O2 en los alvéolos y su presión parcial dependen de la tasa de absorción del mismo a la sangre y por la tasa de entrada de nuevo O2 a los pulmones en la ventilación. (Si aumenta la absorción de la sangre la concentración de O2 disminuye y si la tasa de entrada aumenta su concentración aumenta.)
(Figura 39-4)En la curva continua la tasa de absorción de O2 es de 250 ml/min y a una ventilación alveolar de 4.2 L/min se llega al punto normal de operación A en el que la presión parcial de O2 es de 104 mmHg. En la curva discontinua la absorción de O2 es de 1000 ml/min como en el ejercicio moderado, en esta la ventilación debe aumentar 4 veces para mantener la misma presión de O2. Así la ventilación alveolar aumente, la presión de O2 no puede subir de 149
mmHg si se respira aire atmosférico a nivel del mar ya que esta es la presión del O2 máxima en aire humidificado a la presión atmosférica.
Concentración y presión parcial de CO2 en los alvéolos:
(Figura 39-5) En la curva continua la tasa de excreción de CO2 es de 200 ml/min q a la ventilación alveolar de 4.2 L/min llega al punto de operación de la presión de CO2, 40 mmHg. La curva discontinua muestra la tasa de excreción de
Co2 a 800 ml/min, en ella se ve que la presión de CO2 aumenta en proporción directa a la tasa de excreción de CO2.
También se ve que la presión de Co2 disminuye en proporción inversa a la ventilación alveolar.
Aire espirado: Combinación del aire del espacio muerto y el aire alveolar. En la espiración primero se expulsa aire humidificado típico que es el del espacio muerto, después una mezcla de ambos y al final el aire alveolar
DIFUSION DE GASES A TRAVES DE LA MENBRANA RESPIRATORIA Unidad respiratoria (ovulillo respiratorio)
Bronquiolo respiratorio Conductos alveolares Atrios
Alveolos
300 millones de alveolos en los dos pulmones, entre los alveolos hay una red de capilares interconectados
Por la extensión del plexo capilar los gases alveolares están muy próximos a la sangre de los capilares pulmonares
El intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce en todas las porciones terminales de los pulmones
MEMBRANA RESPIRATORIA
Ayuda a la difusión del oxígeno desde el alveolo hasta el eritrocito y la difusión del dióxido de carbono en la dirección opuesta
Capas:
Capa de liquido q tapiza el alveolo y contiene surfactante Epitelio alveolar (células epiteliales delgadas)
Membrana basal epitelial Espacio intersticial delgado Membrana basal capilar
Membrana del endotelio capilar Grosor de la membrana: O,6 micro m
Área superficial total de la membrana: 70 m cuadrados Total de sangre en los capilares de los pulmones: 60 a 140ml Diámetro medio de los capilares pulmonares: 5 micro m
FACTORES Q INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE DIFUSION GASEOSA 1.- el grosor de la membrana
2.- el área superficial de la membrana 3.- el coeficiente de difusión de gas
4.- la diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados de la membrana
1 .- el aumento del grosor de la membrana se puede dar por: presencia del liquido en el espacio intersticial de la membrana y en los alveolos; fibrosis en los pulmones
Como la velocidad de difusión de la membrana es inversamente proporcional al grosor, si el grosor aumenta este interfiere en el intercambio respiratorio normal de gases
2.- el área superficial de la membrana respiratoria se puede reducir por: la recesión de todo el pulmón; eficema (desaparición de muchas paredes alveolares)
Cuando esto sucede se produce un deterioro en el intercambio de gases incluso en situaciones de reposo
3.- coeficiente de difusión: depende de la solubilidad del gas en la membrana, el dióxido de carbono difundo aproximadamente 20 veces mas rápidamente q el oxigeno
4.- la diferencia de presión: se da entre la presión parcial del gas en los alveolos y la presión parcial del gas en la sangre capilar pulmonar, esta diferencia es una medida de tendencia neta a que las moléculas del gas se muevan a través de la membrana, cuando la presión del gas en los alveolos es mayor a la presión en la sangre (oxigeno) la difusión neta es de los alveolos hacia la sangre
Cuando la presión de gas en la sangre es mayor a la de los alveolos (dióxido de carbono) la difusión es desde la sangre hacia los alveolos
CAPACIDAD DE DIFUSIÓN DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
Es el volumen de un gas que se difunde a través de la membrana en cada minuto para una diferencia de presión parcial de 1 mmHg
CAPACIDAD DE DIFUSION DEL O2 Varón joven en reposo = 21 ml/min/mmHg
Diferencia media de presión del O2 a través de la memb. respiratoria = 11 mmHg La cantidad de O2 que difunde a través de la membrana es igual a la multiplicación de los 2 valores, aproximadamente 230 ml d O2 cada minuto, es decir, la velocidad a la que el cuerpo en reposo utiliza el O2
Modificación de la capacidad de difusión de O2 durante el ejercicio
Durante el ejercicio intenso o en situaciones de aumento del flujo sanguíneo, la capacidad de difusión del O2 aumenta en los varones hasta alrededor de 65 ml/min/mmHg
Aumento producido por: apertura de muchos capilares pulmonares que estaban
cerrados, o la dilatación adicional de capilares que ya estaban abiertos, esto aumenta el área superficial de la sangre hacia la que puede difundir O2
CAPACIDAD DE DIFUSION DEL CO2
Es bastante difícil medir la capacidad de difusión del CO” debido a que la velocidad de difusión a través de la membrana es bastante alta, por lo tanto, la presión d CO2 media e la sangre pulmonar no es muy diferente de la PCO2 en los alveolos (1mmHg)
El coeficiente de difusión de CO2 es algo mayor de 20 veces el del O2, por lo tanto, en reposo, la capacidad de difusión sea de 400 a 450 ml/min/mmHg y durante el ejercicio de 1200 a 1300ml/min/mmHg
(GRAFICO 39 - 11)
EFECTO DEL COCIENTE DE VENTILACION PERFUSION SOBRE LA CONCENTRACION DE GAS ALVEOLAR
La velocidad de ventilación alveolar y la velocidad de la transferencia del O2 y del CO2 a través de la membrana respiratoria determinan las presiones de O2 y Co2.
Muchos alveolos pueden estar bien ventilados, pero tener un poco flujo sanguíneo, y puede ocurrir también lo contrario, por esto, se producen graves alteraciones del
intercambio gaseoso a través de la membrana respiratoria, lo que ocasiona una dificultad respiratoria.
El cociente de ventilación se expresa como VA/Q donde Va (ventilación alveolar) es normal para cualquier alveolo y, Q (flujo sanguíneo) es normal para el mismo alveolo, Cuando VA = 0, el cociente de ventilación es 0
No hay ventilación alveolar, el aire del alvéolo llega al equilibrio con el O2 y el Co2 de la sangre, porque estos gases difunden entre la sangre y el gas alveolar. y sus presiones sean de 40mmHg y 45mmHg respectivamente
Cuando Q = 0, el cociente de ventilación es infinito
Como no existe flujo sanguíneo, el aire inspirado no pierde O2 ni gana CO2, y como este tiene una presión de O2 = 149 y de CO2=0, estas serán las presiones parciales de estos gases en os alveolos.
Cuando VAÇ/ VQ es normal
El intercambio de O2 CO2 en la membrana respiratoria es casi optimo y la Po2 = 104 ( entre aire inspirado (149) y sangre venosa (40))
La presión d CO2 = 40 (entre aire inspirado y sangre venosa) CORTOCIRCUITO FISIOLÓGICO
Se produce cuando VA/Q es menor de lo normal, y es cuando una cantidad de sangre venosa que atraviesa los capilares no se oxigena, esta sangre se llama SANGRE DERIVADA. Se mide en laboratorios analizando la concentración de O2 en la sangre venosa mixta y en la sangre arterial junto a la medición simultanea del gasto cardíaco. Se calcula a partir de la ecuación
• QPS = Flujo de sangre del corto circuito fisiológico por minuto • QT = Gasto Cardíaco por minuto
• CiO2 = Concentración de O2 en la sangre arterial • CaO2 = Concentración media de O2 en la sangre arterial • CvO2 = Concentración media de O2 en sangre venosa mixta
Cuanto mayor sea el cortocircuito fisiológico, mayor es la cantidad de O2 que no se oxigena cuando pasa por los pulmones
ESPACIO MUERTO FISIOLÓGICO
Se produce cuando VA/Q es mayor de lo normal, es cuando la ventilación de los alveolos es mayor que el flujo, por lo tanto, la ventilación d estos alveolo esta desperdiciada, y la ventilación de las zonas de espacio muerto anatómico de las vías respiratorias también se desperdicia, por lo tanto, el espacio muerto fisiológico es la suma de estos 2 tipos de ventilación desperdiciada
Se mide utilzando la ecuación de Bohr.
• VMfis = Espacio Muerto Fisiológico
• PECO2 = Presión media de CO2 en todo el aire inspirado • VC = Volumen Corriente
