El pulmón contiene unos 300 millones de alvéolos, con una superficie útil para el intercambio gaseoso de unos 140 m2. El epitelio alveolar, con la capa de fluido que contiene el surfactante y su membrana basal, tiene un grosor de 0.2-0.3μ. En el intersticio se encuentran los capilares, con un espesor similar, incluyendo el endotelio y membrana basal. En conjunto la membrana alveolocapilar tiene un espesor de 0.5 μ. Los capilares pulmonares tienen un diámetro de unas 7 μ, similar al glóbulo rojo, por lo que parte de este mantiene contacto con la superficie endotelial vascular durante todo el trayecto en el capilar. El cambio de forma del eritrocito al pasar por el capilar influye en su capacidad de captación y liberación del O2.
La sangre venosa mixta que perfunde los capilares pulmonares y contacta con el alveolo presenta una pO2 reducida, por la extracción continua de O2 desde los tejidos y una pCO2elevada, producto del metabolismo tisular. El gradiente de presiones parciales entre esta sangre y el alveolo permite su intercambio a lo largo del capilar hasta que ambas presiones se equiparan.
En 0.75 segundos el hematíe atraviesa el capilar en contacto con el alveolo. En sólo 0.25 segundos (un tercio del recorrido) la pO2 y pCO2 del capilar se igualan con la del alveolo. Por tanto el pulmón cuenta con una gran reserva para la difusión. Más que por las características de la membrana alveolocapilar, la transferencia del gas entre el alveolo y la sangre está condicionada por:
La difusión de los gases respiratorios es un proceso pasivo, no consume energía, se produce por el movimiento aleatorio de sus moléculas que atraviesan la membrana alveolocapilar de forma proporcional a sus presiones parciales a cada lado de la misma. Para mantener ese gradiente de presión es necesaria la renovación continua del gas alveolar (ventilación) y de la sangre que riega el alveolo (perfusión).
Según la Ley de Grahan, la tasa de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad por lo que los gases difunden mejor a mayor temperatura. Según la Ley de Henry, la disolución de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial de dicho gas y a su coeficiente de solubilidad. Así el CO2 difunde a través de los tejidos unas 20 veces más rápido que el O2, ya que su peso molecular es similar pero su solubilidad es 24 veces mayor.
De acuerdo con la Ley de difusión de Fick, la transferencia del gas a través de la membrana (VGAS, ml/min) es inversamente proporcional a su espesor (T) y directamente proporcional a la superficie de intercambio (A) en cm2, al gradiente de presiones parciales a cada lado de la membrana (P1-P2, mmHg) y al coeficiente de difusión del gas (D).
La ventilación descrita previamente constituye el sistema mediante el cual se produce la renovación de gases en el alvéolo, lo que permitirá el intercambio gaseoso a través de la barrera hemato-gaseosa o membrana alvéolo-capilar, con los gases de la sangre capilar. El proceso de transferencia se realiza de forma totalmente pasiva mediante el mecanismo de la difusión.
En el tiempo que la sangre tiene para recorrer el capilar, aproximadamente 1 segundo, se ha de producir todo el proceso difusivo, en realidad todo el intercambio en condiciones de reposo se realiza durante el primer tercio de trayecto capilar (0,3 seg) considerándose los otros dos tercios restantes como una reserva funcional. Cuando el caudal sanguíneo se incrementa y el tiempo de contacto disminuye normalmente hay reservas suficientes para la difusión.
La ventilación descrita previamente constituye el sistema mediante el cual se produce la renovación de gases en el alvéolo, lo que permitirá el intercambio gaseoso a través de la barrera hemato-gaseosa o membrana alvéolo-capilar, con los gases de la sangre capilar. El proceso de transferencia se realiza de forma totalmente pasiva mediante el mecanismo de la difusión.
A una temperatura y presión dada, la cantidad de gas disuelto por unidad de volumen de la disolución, es un valor constante que se conoce con el nombre de coeficiente de solubilidad. Depende de la naturaleza del gas y del líquido. Por ejemplo, en condiciones estándar (0ºC y 760 mm Hg), 100 ml de agua disolverán 49 ml de O2 y 171 ml de CO2, a 40ºC los volúmenes se reducirán a 2,3 ml de O2 y 54 ml de CO2.
Los coeficientes de solubilidad del oxígeno y del anhídrido carbónico, a 37ºC, son 0,024 y 0,57, respectivamente. Si se establecen combinaciones químicas, como por ejemplo la del oxígeno con la hemoglobina, éstas no ejercerán presión parcial.
El intercambio gaseoso es un proceso pasivo a través de la barrera hemato-gaseosa mediante difusión simple por gradiente de presión siguiendo la Ley de Fick:
Flujo = Area · D gas · ΔP / espesor membrana.
El área de difusión es de unos 70 m2 el espesor está entre 0,1-0,5 μ. El coeficiente de difusión de un gas en un medio líquido depende de su solubilidad y de su tamaño. Los coeficientes de difusión para los principales gases respiratorios son 1,0 para el O2, 20,3 para el CO2 y 0,53 para el N2 pudiendo observarse que el CO2 presenta un coeficiente de difusión más de 20 veces superior al del O2.
Difusión del O2 y del CO2
En el tiempo que la sangre tiene para recorrer el capilar, aproximadamente 1 segundo, se ha de producir todo el proceso difusivo, en realidad todo el intercambio en condiciones de reposo se realiza durante el primer tercio de trayecto capilar (0,3 seg) considerándose los otros dos tercios restantes como una reserva funcional. Cuando el caudal sanguíneo se incrementa y el tiempo de contacto disminuye normalmente hay reservas suficientes para la difusión.
Los factores que pueden limitar este intercambio, aparte de los gradientes de presión se encontrarían en modificaciones del área y del grosor de la membrana alveolar. El engrosamiento de la pared, por ejemplo en el edema o bien que la pared se haga más impermeable como en la fibrosis; o la disminución de área como en el enfisema o en el embolismo pulmonar dificultan el intercambio gaseoso.
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