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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y
DE LA SALUD
ESCUELA DE MEDICINA
CATEDRA DE FISIOLOGÍADIFUSION DEL OXIGENO Y DEL DIOXIDO DE CARBONO A
TRAVES DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
Docente:
Dr. Leonardo Alvarado
Difusión del oxígeno desde los alveolos
hacia la sangre pulmonar.
Difusión del dióxido de carbono en dirección
opuesta.
FISICA DE LA DIFUSION DE GAS Y PRESIONES PARCIALES DE
LOS GASES
Los gases que intervienen en la fisiología
respiratoria son moléculas simples que se
mueven libremente unas entre otras, esto se
llama DIFUSIÓN.
FISICA DE LA DIFUSION DE GAS Y PRESIONES PARCIALES DE
LOS GASES
También cierto respecto a los gases disueltos
en los líquidos y los tejidos corporales.
Para ello se necesita energía.
Esta es suministrada por el movimiento propio
cinético de las moléculas.
DIFUSION NETA DE UN GAS EN UNA DIRRECION: EFECTO DE UN GRADIENTE DE CONCENTRACION
Si un gas situado en una cámara o en solución tiene una concentración elevada en un extremo de la cámara y una concentración en el otro extremo se produce una difusión neta de gas desde la zona de concentración alta hacia la de concentración baja.
PRESIONES DE GASES EN UNA MEZCLA GASEOSA: PRESIONES PARCIALES DE CADA GAS.
La presión se
origina por el
impacto
constante de
las moléculas
en
movimiento
contra una
superficie.
PRESIONES DE GASES EN UNA MEZCLA GASEOSA: PRESIONES PARCIALES DE CADA GAS.
Esto significa que la presión es directamente
proporcional a la concentración de moléculas
de gas.
En fisiología respiratoria se trabaja con
mezclas de gases, principalmente oxigeno,
nitrógeno y dióxido de carbono.
PRESIONES DE GASES EN UNA MEZCLA GASEOSA: PRESIONES PARCIALES DE CADA GAS.
Considérese el aire, que tiene una
composición aproximada de un 79 % de
nitrógeno y un 21 % de oxigeno. La presión
total de esta mezcla al nivel del mar es, en
promedio de 760mmhg.
PRESIONES DE LOS GASES DISUELTOS EN EL AGUA Y LOS TEJIDOS
Los gases disueltos en el agua y los tejidos
corporales también ejercen presión debido a
que las moléculas disueltas se mueven al azar
y tiene también energía cinética.
PRESIONES DE LOS GASES DISUELTOS EN EL AGUA Y LOS TEJIDOS
Además, cuando las moléculas de un gas
disueltas en un liquido encuentran una
superficie como la membrana de una célula,
ejercen su propia presión
FACTORES QUE DETERMINAN LA PRESION DE UN GAS DISUELTO EN UN LIQUIDO
La presión de una gas en solución no solo está
determinada por su concentración. Es decir,
algunos tipos de moléculas, especialmente el
dióxido de carbono, experimentan atracción
física o química por las moléculas de agua,
mientras que en otras son repelidas.
FACTORES QUE DETERMINAN LA PRESION DE UN GAS DISUELTO EN UN LIQUIDO
Los coeficientes de solubilidad de los gases
importantes para la respiración a la
temperatura corporal son:
Oxigeno…………………………….0.024
Dióxido de carbono……………0.57
Monóxido de carbono………..0.018
Nitrógeno………………………….0.012
Helio………………………………...0.008
FACTORES QUE DETERMINAN LA PRESION DE UN GAS DISUELTO EN UN LIQUIDO
DIFUSION DE GASES ENTRE LAS FASES GASEOSAS DE LOS ALVEOLOS Y LA FASE DE LA SANGRE PULMONAR
La presión parcial de cada gas en la mezcla de
gas respiratorio alveolar tiende a forzar a las
moléculas de gas al disolverse, primero en la
membrana alveolar y después en la sangre de
los capilares alveolares.
DIFUSION DE GASES ENTRE LAS FASES GASEOSAS DE LOS ALVEOLOS Y LA FASE DE LA SANGRE PULMONAR
Si la presión parcial es superior en la fase gaseosa en los alveolos, como ocurre normalmente con el oxigeno entonces pasaran mas moléculas a la sangre que en la dirección opuesta.
DIFUSION DE LOS GASES A TRAVES DE LOS LIQUIDOS LA DIFERENCIA DE PRESION PRODUCE UNA DIFUSION NETA
Queda claro que cuando la presión de un gas
es mayor en una zona que otra se produce
una difusión neta desde la zona de presión
elevada a la de presión baja.
PRESION DE VAPOR DE AGUA
La presión que ejerce las moléculas de agua
para escapar a través de la superficie se
denomina presión de vapor de agua.
La presión de vapor de agua depende
totalmente de la temperatura del agua.
DIFUSION DE GASES A TRAVES DE LIQUIDOS: LA
DIFERENCIA DE PRESION PROVOCA
DIFUSIONNETA
Difusión neta del gas de la zona de presión elevada hacia la zona de presión baja es igual al número de moléculas que rebotan en esta dirección anterógrada menos el número que rebota en la dirección contraria.
Siendo este el valor proporcional a la diferencia de presiones parciales de gas entre las dos zonas denominada diferencia de presión para producir la difusión.
CUANTIFICACION DE LA TAZA NETA DE DIFUSION EN LOS LIQUIDOS
Además de la diferencia de presión otros factoresdiversos afectan a la tasa de difusión de un gasen un líquido y son:
1.- La solubilidad del gas en el líquido
2.- El área transversal del líquido
3.- La distancia que ha de recorrer el gas que difunde
4.- El peso molecular del gas
5.- La temperatura del líquido
CUANTIFICACION DE LA TAZA NETA DE DIFUSION EN LOS LIQUIDOS
DIFUSIÓN DE GASES A TRAVÉS DE
LOS TEJIDOS
DIFUSIÓN DE GASES A TRAVÉS DE
LOS TEJIDOS.La difusión de los gases a través de los tejidos,
incluyendo a través de la membrana
respiratoria, es casi igual a la difusión de los
gases en el agua.
COMPOSICION DEL AIRE ALVEOLAR: SU RELACION CON EL AIRE
ATMOSFERICO
El aire alveolar no tiene en modo alguno las
mismas concentraciones de gases del aire
atmosférico, lo que puede comprobarse
fácilmente comparando la composición del
aire alveolar.
HUMIDIFICACION DEL AIRE A MEDIDA QUE PENETRA EN
LAS VIAS RESPIRATORIASEl aire
atmosférico está compuesto casi en su totalidad por nitrógeno y
oxígeno, normalmente
carece casi de dióxido de carbono y
contiene poco vapor de agua.
HUMIDIFICACION DEL AIRE A MEDIDA QUE PENETRA EN
LAS VIAS RESPIRATORIAS
Sin embargo en cuanto el aire atmosférico entre las vías respiratorias, se expone a los líquidos que revisten las superficies respiratorias. Incluso antes de que el aire entre los alveolos, queda totalmente humidificado.
TASA DE RENOVACION DEL AIRE ALVEOLAR POR LE AIRE
ATMOSFERICO
El volumen de airealveolar sustituido porun nuevo aireatmosférico con cadarespiración es sólo laséptima parte del total,de forma que sonnecesarias muchasrespiraciones pararenovar la mayor partedel aire alveolar.
IMPORTANCIA D LA RENOVACION LENTA DEL AIRE
ALVEOLAR
La renovación lenta del aire alveolar tiene
una importancia especial para evitar
variaciones repentinas de las
concentraciones de los gases en la sangre.
CONCENTRACION DE OXIGENO Y PRESION PARCIAL
EN LOS ALVEOLOS
Cuanto más rápidamente se absorbe el
oxígeno menor en su concentración en los
alveolos a la inversa cuanto más deprisa se
respira oxigeno nuevo a los alveolos desde
la atmósfera mayor se vuelve su
concentración.
CONCENTRACION Y PRESION PARCIAL DE CO2 EN LOS
ALVEOLOS
El dióxido de carbono se está formandocontinuamente en el organismo y esdescargado en los alveolos, se eliminacontinuamente de los alveolos mediante laventilación la curva continua representa unatasa normal de excreción de dióxido decarbono de 200 ml\min. A la tasa normal deventilación de 4.2 L \min.
El lugar de operación de la Pco2 alveolar es el40mmhg.
CONCENTRACION Y PRESION PARCIAL DE CO2 EN LOS
ALVEOLOS
AIRE ALVEOLAR RESUMEN
TABLA DE VALORES
AIRE ESPIRADO
EL AIRE ESPIRADO ES UNA COMBINACIÓN DE AIRE DEL ESPACIOMUERTO Y AIRE ALVEOLAR.
• Cuando se espira el aire de los pulmones, la
primera porción del mismo (el aire del
espacio muerto) suele ser aire humidificado.
Luego, se va mezclando cada vez más aire
con el aire del espacio muerto hasta que
desaparece todo el aire del espacio muerto y,
al final de la espiración, solo se exhala aire
alveolar.
DIFUSIÓN DE GASES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA.
Unidad respiratoria o lobulillo respiratorio.- formado por un
bronquiolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios
y alveolos.
Hay 300 millones de alveolos en los dos pulmones, y cada
alveolo tiene un diámetro de 0,2mm.
las paredes alveolares son muy delgadas y entre los
alveolos hay una red de capilares interconectados,
debido a lo extenso del plexo capilar, el flujo de sangre
en la pared alveolar, es evidente que los gases
alveolares están muy próximos a la sangre de los
capilares pulmonares.
Intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre
pulmonar se produce a través de las membranas.
Membrana Respiratoria.- muestra la
difusión de oxigeno desde el alveolo
hacia el eritrocito y la difusión de
dióxido de carbono en la dirección
opuesta. Se pueden observar las
siguientes capas:
1. Una capa de liquido que tapiza el alveolo y que
contiene surfactante.
2. El epitelio alveolar, formado por células
epiteliales finas.
3. Una membrana basal epitelial.
4. Un delgado espacio intersticial entre el epitelio
alveolar y la membrana capilar.
5. Una membrana basal capilar que se fusiona
con la membrana basal del epitelio alveolar.
6. La membrana del endotelio capilar.
• A pesar del elevado numero de capas, el
grosor total de la membrana respiratoria
alcanza, un promedio medio de 0,6um,
excepto donde hay núcleos celulares.
• La superficie total de la membrana respiratoria
es de 70m2 en un adulto normal.
• La cantidad total de sangre en los capilares de
los pulmones es de 60 a 140ml. Imagine
ahora esta pequeña cantidad de sangre
extendida sobre la superficie, es fácil
comprender la rapidez del intercambio
respiratorio de oxigeno y dióxido de carbono.
• El diámetro medio de los capilares
pulmonares es de 5um, lo que significa que
los eritrocitos se deben comprimir a través de
ellos. La membrana del eritrocito toca la pared
capilar.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE DIFUSIÓN GASEOSA A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA
• Los factores que determinan la rapidez con
la que un gas atraviesa la membrana son:
• Grosor de la membrana
• Área superficial de la membrana
• Coeficiente de difusión del gas en la
sustancia de la membrana
• La diferencia de presión parcial del gas entre
los dos lados de la membrana
1. Si se produce un aumento del grosor de la membrana respiratoria, es debido a la presencia
de líquido edematoso en el espacio intersticial de la membrana y en los alvéolos de modo
que los gases respiratorios no solo atraviesan la membrana sino también el líquido. Además
algunas enfermedades pulmonares producen la fibrosis pulmonar que puede incrementar el
grosor de algunas porciones de la membrana respiratoria.
2. Superficie de la membrana respiratoria, en presencia de enfisema, muchos alvéolos se
fusionan y desaparecen las paredes alveolares, a menudo, esto hace que la superficie total
se reduzca hasta cinco veces. Lo cual el área superficial total disminuye en un tercio a un
cuarto de lo normal, se produce un deterioro o intercambio de gases a través de la
membrana, incluso los pulmones pueden producir un deterioro grave de intercambio
respiratorio de gases.
3. El coeficiente de difusión para la transferencia de cada gas por la membrana respiratoria
depende de su solubilidad en la membrana y, de manera inversa, de la raíz cuadrada de su
peso molecular del gas. La velocidad de difusión en la membrana es exactamente la misma
que en el agua, por eso el oxigeno difunde dos veces mas rápidamente que el nitrógeno.
4. La diferencia de presión a través de la membrana respiratoria es la diferencia entre la
presión parcial del gas en los alveolos y la presión parcial del gas en la sangre capilar
pulmonar. La presión parcial representa numero total de moléculas de un gas particular que
incide a la superficie alveolar de la membrana, y la presión del gas en la sangre representa el
numero de moléculas que intentaran escapar desde la sangre en dirección opuesta.
CAPACIDAD DE DIFUSION DE LA
MEMBRANA RESPIRATORIA
Capacidad de función de la
membrana respiratoria
La capacidad de la membrana 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
mm Hg.
CAPACIDAD DE DIFUSION
DEL OXIGENO
La capacidad de difusión del oxigeno en reposo
es de aproximadamente 21ml/min/mm hg.
La diferencia media de presión de oxigeno a
través de la membrana respiratoria es de 11mm
hg, la multiplicación de esta da un total de 230 ml
de oxigeno que se difunde a travez de la
membrana respitaria cada minuto
Capacidad de difusión del oxigeno durante el
ejercicio aumenta hasta un máximo de
65ml/min/mm hg este aumento esta producido x
varios factores:
• Apertura de muchos capilares pulmonares
• Equilibrio entre la ventilación de los alveolos
• Perfusión de los capilares con sangre
CAPACIDAD DE DIFUSION DEL
DIOXIDO DE CARBONO
Nunca se ha medido la capacidad de difusión del dióxido de carbono
Ya que el dióxido de carbono se difunde de manera rápida a través de la membrana
La capacidad de difusión de otros gas han mostrado que la capacidad de difusión varia
En reposo es de 400 a 500 ml/min/mm hg . Y durante el ejercicio es de aproximadamente
1200 a 1300ml/min/mm hg
Medición de la capacidad de
difusión: método monóxido de
carbono La capacidad del oxigeno se puede medir a partir de las
mediciones de:
La Po2 alveolar
La Po2 de la sangre capilar pulmonar
La velocidad de captación de oxigeno por la sangre
Sin embargo no es practico medir la capacidad de difusión por
ninguno de estos procedimientos directos.
El principio del método monóxido de carbono es el siguiente:
Se inhala una pequeña cantidad de monóxido de carbono
hacia los alveolos y se mide la presión parcial del monóxido de
carbono en los alveolos.
Para convertir la capacidad de difusión del monóxido de
carbono en la capacidad de difusión del oxigeno se multiplica
el valor por 1.23 asi la capacidad de difusión del oxigeno es de
21ml/min/mm hg.
Presiones parciales alveolares de
oxigeno y de dióxido de carbono
cuando Va/Q es igual a infinito
El efecto sobre las presiones parciales de los gases alveolares cuando Va/Q es igual al infinito es totalmente distinto ya que no hay flujo sanguíneo capilar
En lugar de llegar los gases alveolares a un equilibrio, el aire alveolar se hace igual al aire inspirado humidificado
Y como el aire humidificado normal tiene una Po2 de 149mm hg y una Pco2 de 0mm hg estas serian las presiones parciales de los gases en los alveolos
INTERCAMBIO GASEOSO Y PRESIONES
PARCIALES CUANDO VA/Q ES NORMAL
Cuando hay una ventilación alveolar normal el intercambio de oxigeno y dióxido de carbono en la membrana es casi optimo
La Po2 alveolar es de104mm hg que esta entre la sangre venosa 40mmhg y el aire inspirado 149mm hg
La Pco2 alveolar esta entre 2 extremos normales 45 mm hg en contrate con la sangre venosa y 0mm hg con el aire inspirado
Asi en condiciones normales la Po2 del aire alveolar es de 104mm hg y la Pco2 en promedio de 40mm hg
