PRINCIPIOS BÁSICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO DIFUSIÓN DE OXíGENO Y DE DIÓXIDO DE CARBONO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA Dr. Miguel Ángel García-García.

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1 PRINCIPIOS BÁSICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO DIFUSIÓN DE OXíGENO Y DE DIÓXIDO DE CARBONO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA Dr. Miguel Ángel García-García Profesor Titular Área Fisiología

2 FÍSICA DE LA DIFUSIÓN DE GAS Y PRESIONES PARCIALES DE LOS GASES.
*Los gases respiratorios difunden desde las áreas de presión parcial elevada hacia las áreas de presión parcial baja. La tasa de difusión de los gases respiratorios (oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono) es directamente proporcional a la presión causada por cada gas por separado: presión parcial del gas.

3 Éstas presiones parciales, se utilizan para expresar las concentraciones de los gases, ya que son éstas últimas las que hacen moverse a los gases por difusión de una parte del cuerpo a otra, (PO2 , PCO2 , y PN2)

4 Presiones parciales de los gases en la sangre Los valores de la Po2 y la Pco2 de la sangre se deben al intercambio de gases en los alvéolos pulmonares y al intercambio de gases entre los capilares de la circulación general y las células de los tejidos.

5 PRESIONES DE GASES EN UNA MEZCLA GASEOSA:
“Presiones Parciales” de cada gas

6 La presión de un gas se calcula multiplicando su concentración fraccionaria por la presión total.
El aire tiene una composición aprox. de 79% de nitrógeno y un 21% de oxígeno. La presión total de esta mezcla al nivel del mar (presión atmosférica) es de 760 mmHg N2 =600 mmHg O2 =160mmHg  760 mmHg.-

7 Medición de la presión atmosférica
La Presión atmosférica a nivel del mar puede empujar una columna de mercurio hasta una altura de 760mm. Este valor también es de 760 torr, o de una atmósfera.

8 Presiones parciales de los gases en el aire inspirado y
en el aire alveolar a nivel del mar. Se puede observar que cuando el aire entra en el alvéolo disminuye su contenido de 02 y aumenta su contenido de CO2. También se observa que el aire en el alvéolo está saturado con vapor de agua ( lo que hace que tenga una presión parcial de 47 mmHg), con disminución de la contribución de otros gases a la presión total.

9 “La presión de un gas en una disolución” está determinada no solo por su concentración sino también por su coeficiente de solubilidad. Ej. El dióxido de carbono tiene atracción física o química por las moléculas de agua, por lo que pueden disolverse muchas más sin producir un exceso de presión en la solución. La ley de Henry: Presión = Concent gas disuelto Coeficient solubilidad

10 *La presión de vapor del agua a la temperatura corporal es de 47 mmHg.
Cuando el aire entra en las vías respiratorias, se evapora agua de su superficie y lo humidifica. La presión que ejercen las moléculas de agua para escapar de la superficie es la presión de vapor del agua, que es 47mmHg a la temperatura corporal normal (PH2O).

11 COMPOSICIÓN DEL AIRE ALVEOLAR: SU RELACION CON AIRE ATMOSFÉRICO.

12 2. Se está absorbiendo continuamente oxígeno del aire alveolar
Existen diferencias entre ambos, se ven en el cuadro 39-1 y se explican por: 1. El aire alveolar se sustituye parcialmente por aire atmosférico en cada respiración. 2. Se está absorbiendo continuamente oxígeno del aire alveolar

13 3. El dióxido de carbono está difundiendo constantemente desde la sangre pulmonar a los alvéolos
4. El aire atmosférico seco se humidifica antes de que alcance los alvéolos.

14 El vapor de agua diluye los otros gases en el aire inspirado.
En el cuadro 39-1 columna 1 muestra que el aire atmosférico está compuesto casi en su totalidad por nitrógeno y oxígeno; casi no contiene dióxido de carbono ni vapor de agua. Sin embargo, al pasar por las vías respiratorias queda totalmente humidificado. La PO2 desciende de 159mmHg en el aire atmosférico a 149mmHg en el aire humidificado, ver cuadro 39-1,

15 CUADRO 39-1 Presiones parciales de los gases respiratorios cuando entran y salen de los pulmones (A nivel del mar) * En un día promedio, fresco y despejado.

16 Tasa de Renovación del aire alveolar por el
aire atmosférico. El aire alveolar se renueva muy lentamente por el aire atmosférico. La cantidad de aire alveolar sustituido por aire atmosférico nuevo con cada respiración es la séptima parte del total, de forma que se necesitan muchas respiraciones para renovar completamente el aire alveolar.

17 RENOVACIÓN DEL AIRE ALVEOLAR
CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL ES DE 2300 ML POR C/ RESPIRACIÓN SE INTRODUCEN EN LOS ALVEOLOS 350 ML DE AIRE. “LA RENOVACIÓN LENTA DEL AIRE ALVEOLAR ES IMPORTANTE, PORQUE EVITA VARIACIONES REPENTINAS EN LAS CONCENTRACIONES DE GASES “ (en la sangre).

18 Espiración de un gas desde un alvéolo con respiraciones sucesivas

19 Presión Parcial en los alvéolos”
“Concentración de O2 y Presión Parcial en los alvéolos” La concentración de oxígeno alveolar está controlada por la tasa de absorción de oxígeno a la sangre y por la tasa de entrada de nuevo oxígeno en los pulmones.

20 Cuando más rápidamente se absorbe el oxígeno, menor se hace su concentración en los alvéolos.
Y por el contrario, cuanto más rápidamente se respira oxígeno nuevo a los alvéolos desde la atmósfera, mayor es su concentración.

21 Y al final de espiración, solo se expulsa aire alveolar.
El aire espirado, es una combinación de aire del espacio muerto y aire alveolar. Cuando se espira aire de los pulmones, la primera porción de éste (aire del espacio muerto) es aire humidificado típico. cuadro columna 4. Y al final de espiración, solo se expulsa aire alveolar. El aire espirado normal tiene las concentraciones de gases y presiones de la columna 8.

22 CUADRO 39-1 Presiones parciales de los gases respiratorios cuando entran y salen de los pulmones (A nivel del mar) * En un día promedio, fresco y despejado.

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24 DIFUSIÓN DE LOS GASES A TRAVES DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
Una unidad respiratoria está compuesta por un bronquíolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alvéolos.

25 UNIDAD RESPIRATORIA FORMADO POR : 1- BRONQUIOLO respiratorio
2- CONDUCTOS ALVEOLARES 3- LOS ATRIOS 4- ALVÉOLOS EXISTEN UNOS 300 MILLONES RED SÓLIDA DE CAPILARES INTERCONECTADOS GASES ALVEOLARES MUY PRÓXIMOS A LOS CAPILARES

26 Unidad respiratoria

27

28 Hay unos 300 millones de unidades respiratorias en
los dos pulmones. Las paredes alveolares son extremadamente delgadas y en su interior existe una red casi sólida de capilares interconectados. El flujo de sangre en las paredes alveolares se ha descrito como una lámina de sangre que fluye.

29 Estas membranas, se llaman MEMBRANA RESPIRATORIA o MEMBRANA PULMONAR.
El intercambio gaseoso se produce a través de las membranas de “todas las porciones terminales de los pulmones”, no solo en los propios alvéolos. Estas membranas, se llaman MEMBRANA RESPIRATORIA o MEMBRANA PULMONAR.

30 El intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre la sangre y el aire alveolar, precisa de la difusión a través de las siguientes capas de la membrana respiratoria: Una capa de líquido que reviste el alvéolo y que contiene agente tensoactivo (surfactante) El epitelio alveolar, formado por células epiteliales delgadas Una membrana basal epitelial Un espacio intersticial fino entre el epitelio alveolar y la membrana capilar Una membrana basal capilar La membrana endotelial capilar

31 Ultraestructura de la membrana respiratoria alveolar en un corte transversal

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33 La membrana respiratoria tiene características óptimas para el intercambio gaseoso:
Espesor de la membrana. 0.6 um Área superficial de la membrana. Unos 70 mts cuadrados en adulto normal Volumen de sangre capilar. de mL Diámetro de los capilares. Es de unos 5 um.

34 **Factores que afectan a la tasa de difusión de los gases**
Hay múltiples factores que determinan la rapidez con la que un gas atraviesa la membrana respiratoria :

35 Espesor de la membrana respiratoria.
La tasa de difusión a través de la membrana resp., es inversamente proporcional al grosor de la membrana. Ejs., que reducen la difusión: La presencia de líquido de edema en el espacio intersticial y en los alvéolos y la fibrosis pulmonar.

36 Área superficial de la membrana respiratoria.
En el Enfisema, muchos de los alvéolos se fusionan, con disolución de las paredes alveolares; esto hace que el área superf. disminuya Coeficiente de difusión. Éste, depende de su solubilidad en la membrana e inversamente de la raíz cuadrada de su peso molecular. Diferencia de presión en ambos lados de la membrana respiratoria. La diferencia entre la presión parcial de un gas en los alvéolos y en la sangre es directamente proporcional a la tasa de transferencia del gas a través de la membrana.

37 Capacidad de difusión de la membrana respiratoria.
*La capacidad de difusión de los pulmones para el dióxido de carbono es 20 veces mayor que para el oxígeno.

38 La capacidad de la membrana respiratoria para intercambiar un gas entre los alvéolos y la sangre pulmonar puede expresarse en términos cuantitativos mediante su capacidad de difusión. la cual se define como “el volumen de un gas que difunde a través de la membrana por minuto con una diferencia de presión de 1mmHg.”

39 Ejs. La capacidad de difusión de los pulmones para el oxígeno en una persona en reposo es de 21mL/mmHg/min. *FiO2 (Fracción Inspirada de oxígeno) es de: 0.21 = 21%. Para el dióxido de carbono es unas 20 veces mayor; 440mL/mmHg/min.

40 aumenta con el ejercicio.
La capacidad de difusión para el oxígeno aumenta con el ejercicio. Puede aumentar hasta los 65mL/mmHg/min. Este aumento está producido por: Aumento del área superficial. Apertura de capilares previamente inactivos. Mejor relación ventilación-perfusión (VA /Q) El ejercicio mejora el ajuste entre la ventilación de los alvéolos y la perfusión sanguínea de los capilares alveolares.

41 EFECTO DE “LA RELACIÓN VENTILACIÓN-PERFUSION” SOBRE LA CONCENTRACIÓN DE GAS ALVEOLAR.
En ocasiones, algunas áreas de los pulmones están bien ventiladas pero casi no reciben aporte sanguíneo y viceversa. En cualquiera de los 2 situaciones, el intercambio gaseoso a través de la membrana respiratoria está alterado, y para ayudar a comprender este desequilibrio existe la relación ventilación-perfusión (VA /Q).

42 Cocientes ventilación/perfusión pulmonares
Ventilación, flujo sanguíneo y cocientes ventilación/perfusión de la base y del vértice de los pulmones.

43 Cuando VA (ventilación alveolar) es normal y Q (flujo sanguíneo) es también normal para el mismo alvéolo, se dice que el cociente VA /Q es también normal. Cuando VA /Q es igual cero, no hay ventilación alveolar, de forma que el aire en el alvéolo se equilibra con el oxígeno y el dióxido de carbono de la sangre.

44 Cuando VA /Q es igual a infinito, no existe flujo sanguíneo capilar para llevarse el oxígeno o aportar dióxido de carbono a los alvéolos. **Cuando VA /Q es normal, la PO2 alveolar se sitúa a un nivel de 104mmHg, y la PCO2 alveolar es normalmente de 40mmHg.

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46 Concepto de “cortocircuito fisiológico”
(cuando VA / Q es inferior a lo normal) 02 sangre. Una fracción de sangre venosa está sin ser oxigenada: “sangre de cortocircuito”. **Cuanto  es el cortocircuito fisiológico,  es la cantidad de sangre que NO se oxigena a su paso por los pulmones**

47 Esta sangre fluye a través de los vasos bronquiales en vez de los capilares alveolares.
La cantidad total de sangre de cortocircuito por minuto, se denomina: cortocircuito fisiológico.

48 Concepto de “espacio muerto fisiológico”
(Cuando VA /Q es mayor de lo normal). 02 sangre. Cuando el espacio muerto fisiológico es grande, una porción considerable del trabajo de ventilación se desperdicia debido a que una parte importante del aire ventilado jamás llega a la sangre.

49 Anomalías de la relación ventilación-perfusión.

50 *VA /Q es alta en la parte superior del pulmón y baja en la inferior.
Tanto el flujo sanguíneo como la ventilación aumentan desde la parte superior a la inferior del pulmón, pero el flujo sanguíneo se incrementa más progresivamente. En ambos extremos, las desigualdades en la ventilación y en la perfusión, disminuyen la eficacia del pulmón para el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono.

51 *La VA /Q puede aumentar o disminuir en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).
Fumador obstrucción bronquial  aire alveolar: enfisema.

52 “QUE ES UN CIGARRO? “ES UN OBJETO CILÍNDRICO, QUE EN UN EXTREMO TIENE UNA LUMBRE, Y EN EL OTRO UN IDIOTA.” Miguel de Unamuno