Principios generales de la fisica de los gases



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Solubilidad del O2 = 0,023 = 1


Esto explica la mayor rapidez de difusión del CO2, en relación con el O2, entre al gas alveolar y la sangre capilar.



CAPACIDAD DE DIFUSION.-

Es la capacidad de las membranas alveolo-capilares para intercambiar o conducir gases. Indica la cantidad de un gas que se difunde a través de la membrana alveolo-capilar por unidad de tiempo en respuesta a la diferencia de las presiones medias de dicho gas dentro del alvéolo y dentro del capilar pulmonar.


Capacidad de difusión = Flujo / Presión de impulsión media
DLG = VG / PAG – PEG

Donde: DLG = capacidad de difusión del gas. VG= cantidad del gas que difunde a través de la membrana alveolo-capilar en la unidad de tiempo. PAG y PEG = presiones del gas dentro del alvéolo ( A ) y dentro del capilar ( E ).



La disminución del área de la membrana alveolo-capilar, el aumento del grosor de dicha membrana y la alteración del volumen sanguíneo capilar pulmonar son factores que afectan la capacidad de difusión. La capacidad de difusión puede ser normal a pesar de ocurrir un aumento en el espesor de la membrana alveolo-capilar ( edema intersticial ) cuando simultáneamente se incrementa el área de difusión ( numero de capilares funcionantes ).

MÉTODOS PARA MEDIR LA CAPACIDAD DE DIFUSION.-


Los métodos para medir la capacidad de difusión entrañan la medición del intercambio de gases del alvéolo a la sangre capilar, pudiéndose utilizar en su determinación oxido nitroso ( N2O), oxigeno o monóxido de carbono ( CO ). El N2O es un gas que se utiliza para medir la corriente sanguínea pulmonar pues es soluble en igual grado en la membrana alveolo-capilar y en la sangre, saturando de forma casi instantánea los tejidos y la sangre pulmonar y además su captación no esta limitada por la difusión, sino por el volumen de la corriente sanguínea por minuto. El O2 y el CO son mucho mas solubles en la sangre que en la membrana alveolo-capilar por la asociación química entre los mismos y la hemoglobina. Un litro de sangre con hemoglobina normal puede combinarse con 200 ml de O2 ó CO, pero cuando la hemoglobina inicialmente no contiene ni O2 ni CO, puede combinarse entonces con cantidades mayores de los normal.

1.- Capacidad de Difusión de O2.- ( DO2) esta medición tiene limitaciones pues la corriente de sangre venosa que pasa a través de los capilares pulmonares no esta totalmente libre de O2, pero al combinarse con O2 adicional, la PO2 entre el gas y la sangre se equilibran. Para medir la DO2 es necesario conocer la PO2 de la sangre venosa. Como la velocidad de difusión de la sangre depende de la diferencia entre el O2 del gas alveolar y el de la sangre, al intercambiarse el O2 en las membranas capilares, se eleva la Po2 capilar, acortándose la diferencia entre la PO2 capilar y la Alveolar, retardándose la velocidad de difusión.

2.- Capacidad de Difusión del CO ( DCO ).- el CO puede ser mortal si se combina con una cantidad importante de hemoglobina, ya que el grado de captación, transporte y liberación de O2 disminuyen hasta niveles peligrosamente bajas. Una presión parcial de CO de 0,46 Torr ( 0,065 % de CO ) satura el mismo porcentaje de hemoglobina que la presión parcial de oxigeno de 100 Torr ( 14 % de O2 ). El CO a cualquier concentración cercano a una molécula de hemoglobina queda unido a ella en forma tal que la presión parcial del CO disuelto en la sangre disminuye de forma importante acercándose a 0 incluso en el extremo del capilar pulmonar. La captación del CO no esta limitada por el flujo y aunque la corriente sanguínea sea interrumpida por breves periodos, la transferencia de CO por difusión continua. La inhalación de bajas concentraciones de CO ( 0,3 % ) en una sola respiración o durante 1 o 2 min no son peligrosos.

La utilización del CO para la medición de la capacidad de difusión tiene las ventajas de que la concentración del CO en sangre venosa se acerca tanto a cero ( excepto en fumadores crónicos ) que no es necesario su medición y además el CO tiene una afinidad por la hemoglobina que es de 210 veces la del O2.

Prueba de la Respiración Unica: se realiza la inspiración de una concentración baja de CO ( 0,3 % ) lo que posibilita que los pulmones reciban unos 10 ml de CO, seguido de un apnea de 10 segundos durante los cuales parte del CO sale del gas alveolar y entra a la sangre. Teóricamente si todo el gas difundiera hacia la sangre y después se distribuyera en un volumen de 5 litros de sangre, cada 100 ml de sangre contendría 0,2 ml de CO, por tanto cuanto mayor sea la capacidad de difusión, mayor cantidad de CO recibirá la sangre en los 10 segundos.
DCO = ml de CO liberados a la sangre por minuto

Presión CO alveolar media – Presión de CO capilar media


Para la aplicación de esta formula es necesario conocer los ml de CO que pasan a la sangre procedente del gas alveolar, lo que puede calcularse midiendo el % de CO en el gas alveolar al inicio y al final del periodo de apnea, conociendo el volumen del gas alveolar ( CRF ) y la presión de CO alveolar media, pues la presión de CO capilar pulmonar media es tan pequeña que pueda omitirse.

Las ventajas del método son la rapidez de realización, la sencillez pues el paciente solamente inhala y detiene la respiración durante 10 seg y los análisis se realizan en el gas por lo que no se necesitan muestras de sangre. Como desventajas se señalan que el CO no es un gas fisiológico, la apnea no es un estado respiratorio normal y en el paciente con dificultad respiratoria es difícil detener la respiración durante 10 seg.

Valores normales: DCO = 25 ml/min/Torr

DO2 = DCO x 1,25 ( 31 ml/min/Torr )

La DCO puede variar en dependencia de la talla corporal ( hay diferencias en la zona disponible para el intercambio gaseoso ), la posición ( en posición supina es 25% mayor que en posición erecta ), la PO2 capilar ( la DCO es mayor cuando la PO2 es menor ) y la cantidad de hemoglobina contenida en 100 ml de sangre capilar.

La DCO puede encontrarse disminuida en:

1.- Enfermedades que se acompañan de engrosamiento y separación de las membranas capilares y alveolares.

---Fibrosis pulmonar o intersticial. ---Asbestosis

---Sarcoidosis ---Esclerodermia

--- Beriliosis ---Edema Pulmonar

2.- Pacientes con enfisema pulmonar en los que existe disminución de la superficie para el intercambio gaseoso por la destrucción de las paredes alveolares y capilares.

3.- Disminución del área de superficie toral de los capilares.

. ---Neumectomia

---Lesión expansiva de los pulmones

---Oclusión de la corriente arterial pulmonar.

---Hipertensión pulmonar con obliteración de parte del lecho capilar pulmonar.

Estas anomalías raramente se presentan como trastornos fisiológicos únicos, ya que los trastornos que engrosan la membrana o disminuyen el área de superficie originan desigualdad en la ventilación, en la corriente sanguínea y en la distribución de los gases y la sangre.

Cuando la capacidad de difusión de O2 disminuye de forma que deja de existir el equilibrio entre el gas y la sangre capilar, la PaO2 disminuye en relación a la PAO2. En estas situaciones la hipoxemia se intensifica con el ejercicio.


CARCTERISTICAS ANATOMOFUNCIONALES DE LA MEMBRANA ALVEOLO-CAPILAR.-

La membrana alveolo-capilar esta constituida por 3 componentes esenciales: la membrana o epitelio alveolar, la membrana o endotelio capilar y el espacio intersticial.


1.- Membrana o Enpitelio Alveolar.- separa el espacio alveolar del intersticio. Esta formado por 3 tipos celulares diferente denominados neumocitos que incluyen a los neumocitos tipo I o membranosos, los tipo II o granulosos y los tipo III o macrófagos alveolares.

2.-Membrana o Endotelio Capilar.- esta estructura separa el espacio intravascular del intersticial, permitiendo el transporte pasivo de pequeñas cantidades de líquidos y proteínas a través de poros de 4 a 5 A por los que difunde agua, pero no proteínas y a través de la s uniones de las células endoteliales que forman poros mas grandes ( 25 a 60 A ) por los que pasa agua y una escasa cantidad de proteínas. Los poros aumentan en numero desde el extremo arterial al venoso del capilar.

3.- Espacio Intersticial.- separa la membrana basal del epitelio alveolar de la membrana basal del endotelio capilar. Posee una rica red de capilares que permite el intercambio de gases. El intersticio de las paredes alveolares esta limitado por epitelio alveolar en ambas caras, constando de una porción delgada ( barrera aire-sangre ) que es el sitio principal del intercambio gaseoso y de una porción gruesa que contiene fibras elásticas, fibras colágenas, fibroblastos, receptores J y fibras C, con un grosor de 0,35 a 1 micra siendo capaz de acomodar el liquido que pasa al intersticio protegiendo el intercambio de gases.

Además existe el tejido conectivo laxo interlobular, perivascular y peribronqioal donde se acumula con preferencia el liquido ya que tiene una presión ligeramente negativa que contrasta con la presión hidrostática intersticial alta de la pared alveolar. En este tejido hay una gran cantidad de linfáticos lo que lo hace mas eficiente para remover líquidos.



TRANSPORTE DE OXIGENO Y DIOXIDO DE CARBONO


El oxigeno que difunde desde los alvéolos hacia la sangre pulmonar es transportado hacia los capilares tisulares, donde es liberado para ser utilizado por las células. En los tejidos el O2 reacciona con los elementos nutritivos y forma grandes cantidades de CO2 que pasa a los capilares tisulares siendo transportado por la sangre a los pulmones para su ulterior eliminación.

TRANSPORTE DE OXIGENO EN LA SANGRE.- transporte de O2 en la sangre se realiza en 2 formas: disuelto en el plasma y unido químicamente a la molécula de hemoglobina.

1.- Oxigeno físicamente libre o disuelto en el plasma.- representa el 3% del O2 transportado. De acuerdo al coeficiente de solubilidad de Bunsen para el O2, en 1 ml de plasma se pueden disolver 0,023 ml de O2 por cada 760 mmHg de presión de O2. El simplificar este factor, el numero de ml de O2 por ml de plasma por mmHg de PO2 es igual a:

0,023 ml ------- 760 mmHg

x ------- 1 x = 0,023 x 1 / 760 = 0,0000302

Pero como el contenido de O2 se expresa en volúmenes por ciento ( vol % ) , la cifra anterior se multplicará por 100 ( 0,0000302 x 100 ) quedando entonces 0,003 ml de O2 disuelto en el plasma por cada mmHg de PO2. El multiplicar la PO2 de la sangre por 0,003 obtenemos los ml de O2 disueltos físicamente.

2.-Oxigeno unido químicamente a la molécula de hemoglobina.- representa el 97% del oxigeno transportado por la sangre. La hemoglobina es una molécula compuesta por 4 anillos porfirínicos ( Hem ) cada uno con un átomo de hierro central y 4 cadenas polipeptídicas ( 2 alfa y 2 beta ) llamadas porción globina de la molécula. Cada átomo de hierro del hem se une por 4 enlaces covalentes al anillo de porfirina, por una unión covalente a la porción globina y queda otro enlace disponible para unirse al oxigeno. El grupo amino ( R-NH2 ) del anillo porfirínico permite la combinación química del CO2 con la molécula de hemoglobina y el terminal imidazol ( RNH ) queda disponible como amortiguador o buffer de los hidrogeniones ( H+) . Cuando la hemoglobina esta saturada al 100%, se combinan 1,34 ml de O2 por cada gramo de hemoglobina por lo que el volumen de O2 que transporta la hemoglobina se puede calcular por la siguiente ecuación:

vol % de O2 unido a la HB = ( contenido HB) ( 1,34 ) ( Sat de la Hb )
La cantidad total de O2 contenido en la sangre ( ctO2 ) es igual al volumen de O2 disuelto en el plasma mas el combinado con la hemoglobina.

Contenido de O2 ( vol% ) = ( PO2 )( 0,003 ) + ( HB )( 1,34 )( Sat. Hb )

A través de esta ecuación podemos ver que los sistemas que intervienen en el transporte de O2 en el organismo son :

--Sistema Respiratorio.- es el encargado de transferir el O2 desde el aire atmosférico a la sangre, determinando la PO2 y la saturación de la hemoglobina.

--Sistema Circulatorio.- el corazón y los vasos sanguíneos determinan el volumen minuto cardiaco y el flujo de sangre periférica, haciendo circular la sangre oxigenada por todo el organismo.

--Sistema Eritropoyético.- determina tanto la masa globular como la concentración de la hemoglobina.



CURVA DE DISOCIACION DE LA OXIHEMOGLOBINA.-

La captación y liberación del oxigeno unido a la hemoglobina origina una curva de tipo sigmoidea que depende de las diferentes afinidades que tienen los 4 sitios de unión de la molécula de hemoglobina con el oxigeno. De forma general podemos ver que la afinidad del primer sitio de unión es menor que las del segundo o tercer sitio y la del ultimo sitio de unión es considerablemente menor que la de los otros.

AQUÍ VA EL GRAFICO DE LA CURVA DE DISOCIACION DE LA Hb-O2

En la porción ascendente de la curva cambios mínimos de la PO2 representan aumentos significativos de la saturación de la hemoglobina, pues la afinidad de la hemoglobina por el O2 aumenta progresivamente a medida que se combinan con la misma sucesivas moléculas de O2. La porción plana superior de la curva permite que el O2 arterial se mantenga elevado y prácticamente constante a pesar de las fluctuaciones en la PO2 arterial.

El análisis de la curva de disociación de la hemoglobina puede hacerse utilizando la curva completa o la P50. La P50 se define como el valor de PO2 al cual esta saturada con O2 el 50% de la hemoglobina, lo que expresa la afinidad entre la hemoglobina y el O2. ( valor normal = 26,6 mmHg ).

Cuando aumenta la afinidad de la hemoglobina por el O2 esta es incorporado mas rápidamente y liberado con mayor dificultad a una PO2 dada, desplazándose la curva de equilibrio hacia la izquierda y disminuyendo la P50. Al disminuir la afinidad de la Hemoglobina por el O2, la nueva curva se desplaza hacia la derecha y la P50 aumenta, liberándose mas fácilmente el O2 unido a la hemoglobina lo que permite que queda mas O2 disponible para ser usado por los tejidos.



Factores que afectan la curva de disociación de la hemoglobina



Factor Desviación a la Izquierda Desviación a la Derecha

( Disminución de la P50 ) ( Aumento de la P50 )

( Aumento de la afinidad ) ( Disminución de la afinidad )
CO2 Hipocapnea Hipercapnea

PH Alcalosis Acidosis

Temperatura Disminuida Elevada

O2 Hiperoxia Hipoxia


CHCM Disminuida Aumentada

2,3 DPG Disminuida Aumentada

Hemoglobinas Aumenta --------------

Anormales



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