Principios físicos del intercambio gaseoso; difusión del O2 y del CO2 a través de la membrana respiratoria cap 40

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Principios físicos del intercambio gaseoso; difusión del O2
y del CO2 a través de la membrana respiratoria	
Difusión 
· es el movimiento al azar de las moléculas a través de la membrana respiratoria y líquidos adyacentes, pero en la fisiología respiratoria no interesa solamente como sucede el intercambio de gases, sino también la tasa a la que esta se produce. 
· Una vez que los alvéolos están ventilados con aire fresco, el paso siguiente es la difusión de O2 de los alvéolos a la sangre y del CO2 en dirección opuesta.
· La energía usada para la difusión viene del propio movimiento cinético de las moléculas 
· Todas las moléculas excepto en cero absoluto están en movimiento 
· La difusión neta de un gas en una dirección es efecto de un gradiente de concentración 
· desde una zona de alta concentración a una de menor concentración.
· desde una zona de alta concentración a una de menor concentración. 
 Presión
· la presión total es directamente proporcional a la concentración de moléculas en este caso de gas 
· la presión se origina por el impacto constante de moléculas en movimiento contra una superficie como la superficie de las vías respiratorias y de los alveolos 
· nos vamos a concentrar en la mezcla de nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono.
· la tasa de difusión de cada gas es proporcional a la presión dada por ese gas, esta presión es la presión parcial del gas.
· Cada gas en una mezcla que tenga concentraciones diferentes a las de los demás gases, ejercerá mayor presión y su tasa de difusión será mayor. 
· A > Concentración > presión > difusión 
· La suma de las presiones parciales de los gases será la presión total de la mezcla de gases
Presiones de los gases disueltos en el agua y los tejidos
· Ejercen su propia presión de la misma forma que un gas en fase gaseosa.
· Factores influyentes:
· Coeficiente de Solubilidad
· Concentración
· Cuando son atraídas, pueden disolverse muchas más sin producir un exceso de presión en la solución.
· A la inversa, si son repelidas, se desarrollan presiones excesivas con muchas menos moléculas disueltas 
Presión de Vapor de Agua 
· Cuando penetra aire seco en las vías respiratorias, se evapora agua de las superficies de estas vías y lo humidifica (consecuencia de que continuamente las moléculas de agua se escapan de la superficie acuosa hacia la fase gaseosa)
· Es la presión que ejercen las moléculas de agua para escapar a través de la superficie
· Cuando penetra aire seco en las vías respiratorias, se evapora agua de las superficies de estas vías y lo humidifica (consecuencia de que continuamente las moléculas de agua se escapan de la superficie acuosa hacia la fase gaseosa)
· A 37º C es de 47 mmHg
· Una vez que el aire que entró se humidifica, queda también con 47 mmHg (PH2O)
· Depende de la temperatura del agua, cuanto mayor la temperatura, mayor la actividad cinética de las moléculas y más moléculas pueden escapar de la superficie hacia la fase gaseosa.
Aplicación de la Presión de Vapor de Agua
· Humidificación del aire a medida que penetra en las vías respiratorias
· Cuando penetra en las vías respiratorias se expone a los líquidos que revisten las superficies respiratorias quedando totalmente humidificado.
· Debido a que la presión total de los alvéolos no puede elevarse por encima de la presión atmosférica (760 mmHg) el vapor de agua simplemente diluye los restantes gases inspirados (O2: inspirado 159 mmHg, humidificado 149 mmHg; nitrógeno: 597 a 563 mmHg)
· 
Cuantificación de la Tasa Neta de Difusión en los Líquidos 
· Además de la diferencia de presión, otros factores afectan la tasa de difusión de un gas en un líquido:
· La solubilidad del gas en el líquido
· El área transversal del líquido
· La distancia que ha de recorrer el gas que difunde
· El peso molecular del gas
· La temperatura del líquido
· Cuanto mayor sea la solubilidad del gas y mayor el área transversal del líquido, mayor el número de moléculas disponibles para difundir.
· Cuanto mayor la distancia a recorrer por el gas, menor difusión.
· Cuanto mayor sea la velocidad del movimiento cinético de las moléculas (inversamente proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular) mayor será la tasa de difusión del gas.
· Dα= ΔP. A . S
 d . √MW
Composición del aire alveolar: su relación con el aire atmosférico
· El aire atmosférico NO tiene las mismas concentraciones que el aire alveolar. Las razones para estas diferencias:
· El aire alveolar es sustituido solo parcialmente por el aire atmosférico en cada respiración 
· Se está absorbiendo continuamente O2 del aire alveolar
· El CO2 está difundiendo constantemente desde la sangre a los alvéolos
· El aire seco que penetra en las vías respiratorias se humidifica antes de alcanzar a los alvéolos  
Tasa de renovación alveolar 
· Capacidad residual funcional: 2300
· En cada respiración: 350 ml de aire nuevo
· El volumen de aire nuevo es solo la séptima parte del total. Son necesarias varias respiraciones para renovar la mayor parte del aire alveolar (16, la mitad en 34 seg; si la ventilación es el doble: en 8 seg)
 
· Importancia de la renovación lenta del aire alveolar:
· Para evitar variaciones repentinas de la concentración de gases en la sangre
Concentración de O2 y presión en los alveolos 
· El O2 se absorbe continuamente a la sangre, cuanto más rápido se absorbe, menos es su concentración en los alvéolos y cuanto más se respira O2 nuevo desde la atmósfera mayor su concentración en los alvéolos.
· Tasa de Absorción
· Niveles de Entrada (Ventilación)
Concentración de CO2 y presión en los alveolos 
· El CO2 es formado continuamente en el organismo y descargado en los alvéolos y se elimina desde ese lugar por medio de la ventilación
· la PCO2 aumenta en proporción directa a la tasa de excreción de CO2 (curva aumenta para una excreción de 800 mL/min.) 
· la PCO2 disminuye en proporción inversa a la ventilación alveolar.
· Por tanto, podemos decir que: las concentraciones y presiones parciales del O2 y CO2 en los alvéolos están determinadas por las tasas de absorción o excreción de los dos gases y por el nivel de ventilación. 
Aire Espirado 
· Combinación del aire del espacio muerto y de aire alveolar, su composición está dada por la cantidad de aire espirado que es aire del espacio muerto y por la cantidad que es aire alveolar.
· 1ra porción: aire espacio muerto, humidificado
· 2da porción: aire alveolar mezclado con aire espacio muerto
· Al final de la espiración. Solo aire alveolar 
Difusión de los gases a través de la membrana respiratoria
· Unidad respiratoria: bronquiolo respiratorio, conductos alveolares, atrios y alvéolos.
· Paredes extremadamente delgadas, en su interior, red de capilares interconectados.
· Debido a su disposición se puede hablar de lámina de sangre, debido a la extensión de los capilares.
· En consecuencia, hay muy poca distancia entre los alvéolos y los capilares y eso facilita el intercambio gaseoso.
 Membrana Respiratoria 
· O membrana pulmonar, donde ocurre el intercambio de gases, consta de las siguientes partes:
· Una capa líquida que reviste al alveolo (ag. tensoactivo)
· Epitelio alveolar (células epiteliales finas)
· Membrana basal epitelial
· Espacio intersticial fino (entre el epitelio alveolar y la membrana capilar)
· Membrana basal capilar
· Membrana endotelial capilar 
Factores que Afectan la Difusión de los gases a través de la membrana respiratoria
· Espesor de la membrana (edema, fibrosis, disminuyendo la tasa)
· Área de superficie de la membrana (extirpación de un pulmón, enfisema)
· Coeficiente de difusión de un gas en la sustancia de la membrana
· Diferencia de presión en los dos lados de la membrana
Efectos de la relación ventilación-perfusión sobre la concentración de gas alveolar
· Recordemos que existen dos factores que determinan la PO2 y la PCO2 en los alvéolos: 
· 1) la tasa de ventilación alveolar 
· 2) la tasa de transferencia del O2 y CO2 a través de la membrana.
· Hasta ahora se supuso que todos los alvéolosse ventilan y que el flujo sanguíneo es uniforme.
· Sin embargo, algunas áreas de los pulmones están bien ventiladas, pero carecen de irrigación y otras están bien irrigadas, pero con poca o ninguna ventilación
· Se expresa como VA/Q.
· Cuando la VA y la Q son normales para un mismo alveolo, se dice que la relación VA/Q es normal.
· Cuando la VA es cero y todavía existe Q del alveolo, entonces se dice que la relación VA/Q es igual a cero.
· Si existe VA adecuada, pero Q cero, entonces la relación VA/Q es igual al infinito.
· Cuando la relación VA/Q es cero o infinito, no existe intercambio de gases
· Cuando VA/Q es igual a cero, el aire del alveolo entra en equilibrio con el O2 y CO2 de la sangre debido a que estos difunden entre la sangre y el aire alveolar.
· Cuando VA/Q es igual al infinito, el aire alveolar se vuelve igual al aire inspirado y humidificado
Cortocircuito fisiológico (cuando va/q es inferior al normal)
· Siempre que VA/Q sea inferior a lo normal, no existe ventilación suficiente para suministrar el O2 necesario para oxigenar por completo la sangre venosa que fluye por los capilares alveolares.
· Por lo tanto, cierta fracción de sangre venosa que pasa a través de los capilares pulmonares no se oxigena y se denomina sangre de cortocircuito.
· La cantidad total de sangre de cortocircuito por minuto se denomina cortocircuito fisiológico.
· Además de la diferencia de presión, otros factores afectan la tasa de difusión de un gas en un líquido:
Cuando penetra aire seco en las vías respiratorias, se evapora agua de las superficies de estas vías y lo humidifica (consecuencia de que continuamente las moléculas de agua se escapan de la superficie acuosa hacia la fase gaseosa)
· Cuando penetra aire seco en las vías respiratorias, se evapora agua de las superficies de estas vías y lo humidifica (consecuencia de que continuamente las moléculas de agua se escapan de la superficie acuosa hacia la fase gaseosa
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