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Cap. 40 Principios físicos del intercambio gaseoso
MIGUEL ANGEL GARCIA GARCIA
Created on August 19, 2021
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Transcript
Principios físicos del intercambio gaseoso;Difusión de oxígeno y dióxido de carbono a través de la membrana respiratoria
Dr. Miguel Ángel García GarcíaProfesor Titular U. D. de Fisiología
Índice
LAS COMPOSICIONES DEL AIRE ALVEOLAR Y EL AIRE ATMOSFÉRICO SON DIFERENTES
FÍSICA DE LA DIFUSIÓN GASEOSA Y PRESIONES PARCIALES DE GASES
PRINCIPIOS FÍSICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO; DIFUSIÓN DE OXÍGENO Y DIÓXIDO DE CARBONO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
EFECTO DEL COCIENTE DE VENTILACIÓN-PERFUSIÓN SOBRE LA CONCENTRACIÓN DE GAS ALVEOLAR
DIFUSIÓN DE GASES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
Principios físicos del intercambio gaseoso; difusión de oxígeno y dióxido de carbono a través de la membrana respiratoria
Después de que los alvéolos se hayan ventilado con aire limpio, la siguiente fase de la respiración es la difusión El proceso de difusión es simplemente el movimiento aleatorio de moléculas en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes.
Física de la difusión gaseosa y presiones parciales de gases
El aire se compone de:
Nitrógeno 79%
Los gases respiratorios difunden desde las áreas de alta presión parcial hasta las áreas de baja presión parcial
PN₂ 600 mmHg
Oxígeno 21%
Po₂ 160 mmHg
AIRE
Presión parcial del gas
Concentración de un gas
760 mmHg
Presión Atmosférica(por termino medio)
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. 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.
Ciertas moléculas, en particular el dióxido de carbono, son atraidas física o químicamente por las moléculas de agua, lo permite la disolución de muchas de ellas sin que se genere una presión excesiva en la disolución.
La presión parcial de un gas disuelto depende no solo de su concentración, sino también del coeficiente de solubilidad.
La relación entre la concentración del gas y su solubilidad, a la hora de establecer la presión parcial, se expresar por:
Ley de Henry
Concentración de gas disuelto Coeficiente de solubilidad
Presiones Parciales =
La presión del vapor del agua a la temperatura corporal es de 47 mmHg.
La presión que ejercen las moléculas de agua para salir de las superficies es la presión de vapor del agua, que alcanza 47 mmHg a la temperatura corporal.
Una vez que se humidifica totalmente la mezcla gaseosa, la presión parcial del vapor de agua en la mezcla gaseosa también es de 47 mmHg. Esta presión parcial se denomina PH₂O
Cuando el aire entra en las vías aéreas, el agua se evapora de la superficie y humidifica el aire
Las composiciones del aire alveolar y el aire atmosférico son diferentes
cuarto
tercero
segundo
Primero
step 1
El aire atmosférico seco es humidificado
El O₂ se absorbe constantemente
El CO₂ está difundiendo constantemente
Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in
El aire alveolar es sustituido
+info
+info
+info
+info
+info
Presiones parciales de los gases respiratorios cuando entran y salen de los pulmones (al nivel del mar)
Humidificación del aire en las vías aéreas
37 °C
La Po₂ desciende desde 159 mmHg en el aire atmosférico hasta 149,3 mmHg en el aire humidificado, y la presión parcial de nitrógeno desde 597 mmHg hasta 563,4 mmHg.
El aire atmosférico renueva lentamente el aire alveolar
La cantidad de aire alveolar sustituida por el nuevo aire atmosférico con cada respiración solo llega a una séptima del total, se precisan muchas respiraciones para que el aire alveolar se renueve por completo.
Importancia de la sustitución lenta del aire alveolar
La sustitución lenta del aire alveolar tiene una importancia particular en la prevención de cambios súbitos de las concentraciones de gases en la sangre. Esto ayuda a prevenir los aumentos y disminuciones excesivos de la oxigenación tisular, de la concentración tisular de CO₂ y del pH tisular cuando se produce una interrupción temporal de la respiración.
Espiración de un gas desde un alvéolo con respiraciones sucesivas
Concentración y presión parcial de oxígeno en los alvéolos
La concentración de O₂ en los alvéolos, y también su presión parcial, está controlada por:
Cuanto más rápidamente se inhale nuevo O₂ hacia los alvéolos desde la atmósfera, mayor será su concentración
01
La velocidad de absorción de O₂ hacia la sangre
02
La velocidad de entrada de O₂ nuevo a los pulmones por el proceso ventilatorio
Cuanto más rápidamente se absorba el O₂, menor será su concentración en los alvéolos
Concentración y presión parcial de CO₂ en los alvéolos
Las concentraciones y las presiones parciales del CO₂ en los alvéolos están determinadas por:
las velocidades de absorción o excreción de los gases
La magnitud de la ventilación alveolar
Efecto de la ventilación alveolar sobre la presión parcial de dióxido de carbono (Pco₂) alveolar a dos velocidades de excreción de dióxido de carbono desde la sangre: 800 y 200 ml/min.
El aire espirado es una combinación de aire del espacio muerto y aire alveolar
La composición global del aire espirado está determinada por:
La cantidad del aire espirado que es aire del espacio muerto
01
02
La cantidad que es aire alveolar
10
Difusión de gases a través de la membrana respiratoria
Unidad respiratoria
diámetro medio de aproximadamente 0,2 mm
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 en los alvéolos. Todas estas membranas se conocen de manera colectiva como la membrana respiratoria, también denominada membrana pulmonar.
A. Imagen de la superficie de los capilares de una pared alveolar. B. Imagen transversal de las paredes alveolares y su vascularización.
11
Membrana respiratoria
El intercambio de O₂ y CO₂ entre la sangre y el aire alveolar exige la difusión a través de las siguientes capas de la membrana respiratoria:
La membrana respiratoria se optimiza para el intercambio gaseoso
Grosor de la Membrana
Superficie de la membrana
Volumen sanguíneo capilar
Díametro capilar
12
Varios factores determinan la velocidad de paso del gas por la membrana respiratoria
Los siguientes factores que determinan la rapidez con la que un gas atraviesa la membrana respiratoria:
El grosor de la membrana respiratoria
Superficie de la membrana respiratoria
Diferencia de presión a través de la membrana respiratoria
Coeficiente de difusión
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Capacidad de difusión de la membrana respiratoria
La capacidad de la membrana respiratoria de intercambiar un gas entre los alvéolos y la sangre pulmonar se expresa en términos cuantitativos por la capacidad de difusión de la membrana respiratoria, que se define como 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
Aumento de la capacidad de difusión del oxígeno durante el ejercicio
Reposo
factores que aumentan la capacidad de difusión en el ejercicio:
1. Incremento de la superficie
Capacidad de difusión del O₂
21 ml/min/mmHg.
65 ml/min/mmHg
2. Cociente de ventilación-perfusión
Capacidad media de presión de O₂ 11 mmHg.
Aumenta al triple
11 X 21 = 230 ml
14
Capacidad de difusión del dióxido de carbono
La capacidad de difusión para el dióxido de carbono es 20 veces mayor que para el oxígeno.
La capacidad de la membrana respiratoria para intercambiar un gas entre los alvéolos y la sangre pulmonar se puede expresar en te´rminos cuantitativos a través de la capacidad de difusión, que se define como el volumen de gas que difunde por la membrana en cada minuto para una diferencia de presiones parciales de 1mmHg.
La capacidad de difusión pulmonar del oxígeno en una persona en reposo se aproxima a 21 mm/min/mmHg.
La capacidad de difusión del dióxido de carbono es casi 20 veces mayor, es decir, 440 mm/min/mmHg.
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Efecto del cociente de ventilación-perfusión sobre la concentración de gas alveolar
Incluso normalmente, y en especial en muchas enfermedades pulmonares, algunas zonas pulmonares se encuentran bien ventiladas, pero apenas reciben flujo sanguíneo, mientras que otras zonas cuentan con una perfusión suficiente y poca o ninguna ventilación. El intercambio gaseoso a través de la membrana respiratoria se altera en gran medida en cualquier de estas situaciones. Existe un útil concepto cuantitativo que ayuda a entender el intercambio de gases respiratorio cuando se produce un desequilibrio entre la ventilación y el flujo sanguíneo alveolares; Cociente ventilación-perfusión
V /Q
. .
Cuando es igual a cero
V /Q
. .
Cuando es igual a infinito
V /Q
. .
es la relación entre la ventilación alveolar y el flujo sanguíneo pulmonar
V /Q
. .
Cuando es normal
V /Q
. .
16
V /Q
. .
Concepto de «cortocircuito fisiológico» (cuando es menor de lo normal)
Cuanto mayor es el cortocircuito fisiológico, mayor resulta la cantidad de sangre que no se oxigena a su paso por los pulmones.
V /Q
. .
Siempre que desciende por debajo del valor normal, una fracción de la sangre venosa atraviesa los capilares pulmonares sin oxigenarse
Esta fracción corresponde a la sangre derivada.
dicha sangre es derivada y no está oxigenada.
step 1
Y no a través de los capilares alveolares (en condiciones normales, alrededor del 2% del GC)
Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in
El flujo sanguíneo total por minuto de la sangre derivada:
Una parte adicional de la sangre fluye por los vasos bronquiales
+info
cortocircuito fisiológico
17
V /Q
. .
Concepto de «espacio muerto fisiológico» (cuando es mayor de lo normal)
Cuando el espacio muerto fisiológico es grande se desperdicia mucho trabajo ventilatorio porque parte del aire ventilado jamás alcanza la sangre
Cuando la ventilación alveolar es normal pero el flujo sanguíneo alveolar es bajo, el oxígeno disponible en los alvéolos es mucho mayor del que se puede transportar por la sangre
se dice que la ventilación de estos alvéolos no perfundidos se desperdicia, ya que el oxígeno no se difunde en la sangre. La ventilación de las áreas del espacio muerto anatómico
de las vías aéreas también se desperdicia. La suma de estos dos tipos de ventilación desperdiciada: espacio muerto fisiológico
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V /Q
. .
Anomalías del cociente de ventilación-perfusión
La relación es alta en el vértice y baja en la base
V /Q
. .
El flujo sanguíneo y la ventilación aumentan desde el vértice hasta la base del pulmón, pero el flujo sanguíneo lo hace de forma más progresiva.
La relación es mayor en el vértice que en la base
V /Q
. .
Diferencias entre la ventilación y la perfusión del vértice y de las bases del pulmón erecto y su efecto sobre la Po₂ y la Pco₂ regionales:
En ambos extremos, los desequilibrios entre la ventilación y la perfusión reducen la eficacia para el intercambio de gases en los pulmones.
19
La relación puede aumentar o disminuir en presencia de enfermedad pulmonar obstructiva crónica
V /Q
. .
La mayoría de los fumadores crónicos sufren obstrucción bronquial, que puede causar un atrapamiento del aire alveolar con el consiguiente enfisema → destruye las paredes alveolares
Los fumadores presentan dos alteraciones que determinan una relación anómala:
V /Q
. .
V /Q
. .
baja
V /Q
. .
alta
20
Bibliografía
GUYTON Y HALL Tratado de FISIOLOGÍA MÉDICA DECIMOCUARTA EDICIÓN
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