DIFUSIÓN PULMONAR ALEJANDRO GÓMEZ RODAS PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y LA RECREACIÓN ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUD FISIOTERAPEUTA Y KINESIÓLOGO

GENERALIDADES El intercambio de gases en pulmones (“Difusión Pulmonar”) cumple dos finalidades: Reemplazar el aporte de O₂ de la sangre que se ha agotado a nivel de los tejidos Eliminar el CO₂ de la sangre venosa que regresa

MEMBRANA ALVÉOLO - CAPILAR El intercambio de gases tiene lugar en la membrana alvéolo – capilar, compuesta de manera simplificada de: La pared alveolar La pared capilar Sus membranas subyacentes La membrana es muy delgada: 0,5 – 4 μm

PRESIONES PARCIALES DE LOS GASES Las presiones individuales de cada gas en una mezcla reciben el nombre de presiones parciales Ley de Dalton: La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales en esta mezcla

PRESIONES PARCIALES EN EL AIRE QUE RESPIRAMOS Nitrógeno (N₂): 79,04% Oxígeno (O₂): 20,93% Dióxido de Carbono: (CO₂): 0,03% Presión atmosférica a nivel del mar: 760 mmHg Entonces: PO₂ = 760 mmHg x 20,93% = 159 mmHg PN₂ = 760 mmHg x 79,04% = 600,7 mmHg PCO₂ = 760 mmHg x 0,03% = 0,228 mmHg

LEY DE HENRY Los gases se disuelven en líquidos en proporción a sus presiones parciales, dependiendo de sus solubilidades en los fluidos específicos y su temperatura La solubilidad de un gas permanece prácticamente constante Por tanto, el factor más crítico para el intercambio de gases entre los alvéolos y la sangre es el gradiente de presión entre los gases en las dos áreas

INTERCAMBIO DE GASES EN LOS ALVÉOLOS Las presiones parciales de los gases en alvéolos y en la sangre crean un gradiente de presión a través de la membrana alvéolo – capilar Esto forma la base del intercambio de gases en la difusión pulmonar + Si las presiones fueran iguales a ambos lados de la membrana, los gases estarían en equilibrio y no habría difusión

INTERCAMBIO DEL OXÍGENO La PO₂ a presión atmosférica estándar es de 159 mmHg: Cuando el aire es inspirado e ingresa a los pulmones, cae a 100 ó 105 mmHg El aire inspirado se mezcla con el aire de los alvéolos que tiene gran cantidad de vapor de agua y CO₂ que contribuyen a la presión total en alvéolo

INTERCAMBIO DEL OXÍGENO La sangre despojada de gran parte del O₂ por los tejidos, ingresa en arteria pulmonar con una PO₂ de 40 – 45 mmHg, es decir, 60 - 65 mmHg menos que la pO₂ en alvéolos En otras palabras, el gradiente de presión para el oxígeno en la membrana alvéolo – capilar es de 60 – 65 mmHg La PO₂ en alvéolo permanece relativamente estable a aproximadamente 105 mmHg En el extremo arteriolar de los capilares, justo donde el intercambio comienza la PO₂ es de 40 mmHg

INTERCAMBIO DEL OXÍGENO Cuando se llega al extremo venoso de los capilares, la PO₂ en sangre iguala a la de los alvéolos, es decir, 105 mmHg El ritmo al que el O₂ se difunde desde los alvéolos hacia la sangre, se denomina: Capacidad de difusión de oxígeno En reposo, se difunden alrededor de 21 ml de O₂ por minuto, por cada mmHg de diferencia de presión Aunque el gradiente de presión parcial entre la sangre en arteria pulmonar y el aire alveolar es de 65 mmHg (105 mmHg – 40 mmHg), la capacidad de difusión de oxígeno se calcula sobre la base de la presión promedio en capilar pulmonar +

INTERCAMBIO DEL OXÍGENO El gradiente entre la media de presión parcial en capilar pulmonar y el aire alveolar es aproximadamente de 11 mmHg. Esto provee una difusión de (21 ml O₂/min/1 mmHg x 11) 231 ml de oxígeno por minuto a través de la membrana respiratoria Durante el ejercicio máximo, la capacidad de difusión de oxígeno se puede incrementar hasta 3 veces la de reposo, llegando a tasas de 80 ml/min

INTERCAMBIO DEL OXÍGENO El incremento en la capacidad de difusión de oxígeno desde reposo hasta las condiciones de ejercicio máximo, se deben a: Circulación relativamente ineficaz y lenta a través de los pulmones en reposo El flujo sanguíneo a los pulmones durante el esfuerzo aumenta debido a la mayor tensión arterial, incrementándose la perfusión Un mayor gasto cardíaco en deportistas Una mayor superficie alveolar en deportistas Una menor resistencia a la difusión en membrana alvéolo capilar en deportistas

INTERCAMBIO DEL DIÓXIDO DE CARBONO Se produce por un gradiente de presión: PCO₂ en arteria pulmonar de 46 mmHg PCO₂ en alvéolos de 40 mmHg Gradiente de presión de 6 mmHg: Aunque es pequeño, la solubilidad del dióxido de carbono en la membrana es 20 veces superior a la del oxígeno Se difunde con mayor rapidez

TRANSPORTE DE OXÍGENO El oxígeno se transporta en sangre combinado con Hb (> 98%) o disuelto en plasma (<2%) En cada litro de plasma sólo están disueltos 3 ml de O₂ Con volumen total de plasma de 3 a 5 L, sólo se transportarían entre 9 a 15 ml de O₂ en estado de solución En reposo se necesitan hasta 250 ml de O₂ por minuto (dependiendo del tamaño del cuerpo) La hemoglobina permite transportar 70 veces más oxígeno que el disuelto en plasma

SATURACIÓN DE HEMOGLOBINA Cada molécula de Hb transporta 4 moléculas de O₂, formándose oxihemoglobina La Hb que no se combina con el O₂ se denomina desoxihemoglobina La combinación de Hb con O₂ depende de la PO₂ de la sangre y de la fuerza del enlace o afinidad entre la Hb y el O₂ Una PO₂ elevada en la sangre produce una casi completa saturación de la hemoglobina que indica la cantidad máxima de O₂ que se combina Cuando la PO₂ se reduce también lo hace la saturación de la hemoglobina

SATURACIÓN DE LA HEMOGLOBINA Factores que influyen en la saturación de la hemoglobina: Si la sangre se vuelve más ácida la curva se desplaza hacia la derecha, es decir, se descarga más O₂ de la hemoglobina a nivel de los tejidos (Efecto Bohr) El pH en los pulmones suele ser alto, por lo que la Hb que pasa a través de los pulmones tiene una fuerte afinidad por el O₂, favoreciendo una elevada saturación A nivel de tejidos, el pH es más bajo, provocando que el O₂ se disocie de la Hb, suministrando O₂ a los tejidos Con el ejercicio, la capacidad para descargar oxígeno a los músculos aumenta cuando el pH muscular se reduce

SATURACIÓN DE LA HEMOGLOBINA Factores que influyen en la saturación de la hemoglobina: El aumento de la temperatura desplaza la curva de disociación hacia la derecha, es decir, se descarga oxígeno más fácilmente, lo cual sucede en el ejercicio o en estados febriles En los pulmones, dónde la sangre puede ser un poco más fría (no está cerca a músculos), la afinidad de la Hb por el O₂ aumenta

SATURACIÓN DE LA HEMOGLOBINA Factores que influyen en la saturación de la hemoglobina: El CO₂ también puede unirse a Hb produciendo efecto similar a los H⁺ Cuando la PCO₂ aumenta, la Hb libera O₂ con mayor facilidad Un bajo pH sanguíneo es consecuencia de una PCO₂ alta: CO₂ + H₂O →(Anhidrasa carbónica de hematíes) → H₂CO₃ (Ácido Carbónico) → H⁺(hidrogenión) + HCO₃⁻ (ion bicarbonato)

SATURACIÓN DE LA HEMOGLOBINA Factores que influyen en la saturación de la hemoglobina: 2,3 DPG (difosfoglicerato): Sustancia en hematíes Disminuye afinidad de Hb por O₂ Descarga más O₂ en tejidos Se forma en hematíes cuando éstos hacen glucólisis Cuando el DPG se combina con Hb, ésta se vuelve menos afín con el O₂ La tiroxina, la hormona del crecimiento, la adrenalina, la noradrenalina, la testosterona y las grandes altitudes, aumentan la formación de DPG

CAPACIDAD DE LA SANGRE PARA EL TRANSPORTE DE O₂ Es la cantidad máxima de O₂ que la sangre puede transportar Depende principalmente del contenido de Hb en sangre Cada 100 ml de sangre contienen de 14 a 18 g de Hb en hombres y de 12 a 16 g en mujeres Cada gramo de Hb puede combinarse con alrededor de 1,34 ml de O₂ Así, la capacidad de transporte de O₂ de la sangre es de 16-24 ml de O₂ por cada 100 ml cuando la sangre está totalmente saturada de O₂

CAPACIDAD DE LA SANGRE PARA TRANSPORTAR O₂ Cuando la sangre pasa a través de los pulmones, está en contacto con el aire alveolar durante 0,75 s Este tiempo es suficiente para que la Hb se combine con casi todo el O₂ que puede retener, produciendo una saturación del 98% A intensidades altas de ejercicio, el tiempo de contacto se reduce en gran medida, reduciendo los enlaces del O₂ con la Hb, disminuyendo así la saturación Qué pasaría en la anemia?

TRANSPORTE DE DIÓXIDO DE CARBONO El CO₂ depende de la sangre para su transporte Una vez el CO₂ es liberado de las células para su transporte, lo hace en la sangre mediante tres sistemas: Disuelto en el plasma Como iones bicarbonato resultantes de la disociación del ácido carbónico Combinado con la Hb

Dióxido de carbono disuelto: Parte del CO₂ liberado por los tejidos se disuelve en plasma: 7-10% El CO₂ disuelto en plasma, abandona la solución donde la PCO₂ es baja, como en los pulmones, allí sale de los capilares hacia los alvéolos para ser espirado Iones de bicarbonato: La mayor parte del CO₂ es transportado como iones de bicarbonato: 60-70% CO₂ y H₂O se combinan para formar ácido carbónico (H₂CO₃) Este ácido es inestable y se disocia con rapidez, liberando un hidrogenión (H⁺) y formando ion bicarbonato (HCO₃⁻)

Iones bicarbonato: El H⁺ sobrante, se combina con la Hb y produce el efecto Bohr que desplaza a la derecha la curva de disociación de la oxihemoglobina La formación de iones de bicarbonato favorece entonces la descarga de O₂ La Hb actúa como tampón evitando la acidificación de la sangre Cuando la sangre entra en los pulmones donde la PCO₂ es menor los iones H⁺ y de bicarbonato (HCO₃⁻) vuelven a unirse para formar ácido carbónico (H₂CO₃) que se descompondrá en CO₂ y H₂O El CO₂ formado podrá entonces ser espirado

Carbaminohemoglobina: El CO₂ se puede transportar combinado con Hb El CO₂ se combina con aminoácidos de la globina en lugar de los grupos Hem como lo hace el oxígeno Estos dos procesos, por tanto, no compiten entre sí La combinación del CO₂ con la globina depende de: La oxigenación de la Hb (Se combina más fácil el CO₂) La PCO₂ (Se libera de la Hb cuando la PCO₂ es baja) En pulmones donde la PCO₂ es baja, el CO₂ se libera fácilmente de la Hb para ser espirado

INTERCAMBIO DE GASES EN LOS MÚSCULOS Diferencia arterio-venosa de oxígeno: En reposo, el contenido de O₂ en sangre es de unos 20 ml/100 ml de sangre Este valor cae hasta 15 o 16 ml O₂/100 ml cuando la sangre pasa a través de los capilares hacia el sistema venoso A esta diferencia, se le denomina: Diferencia arterio venosa de O₂ (dif. a-vO₂) Refleja los 4 o 5 ml de O₂/100 ml de sangre tomados por los tejidos Cuando el ritmo de utilización de oxígeno aumento, también lo hace la dif. a-vO₂

INTERCAMBIO DE GASES EN LOS MÚSCULOS Diferencia arterio-venosa de oxígeno: En ejercicio intenso, la dif. a-vO₂ puede aumentar a valores de 15-16 ml de O₂/100 ml Así, la sangre descarga más oxígeno a los músculos Refleja entonces un aumento de la extracción de oxígeno arterial por los músculos activos