Difusión de gases
La difusión de gases es un proceso natural dentro de la respiración del ser humano, donde se intercambia oxígeno y dióxido de carbono.
facultad de enfermería · neumología
mié. 06 de oct. 2021
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La respiración es un fenómeno que depende de tres procesos principales: la difusión, la ventilación y la perfusión. La difusión de gases hace referencia al intercambio gaseoso que se efectúa entre los alveolos y la sangre de los capilares pulmonares. Este proceso da como resultado un aumento de la concentración de oxígeno (O2) y una disminución de la de dióxido de carbono (CO₂) en la sangre que sale de los pulmones. La difusión depende de la permeabilidad de la membrana alveolocapilar, la presión parcial de los gases situados en cada lado de la membrana y la solubilidad de dichos gases.

Permeabilidad de la membrana alveolocapilar

La membrana alveolocapilar es una barrera hematogaseosa constituida por el líquido alveolar que tapiza el alveolo, el epitelio alveolar, la membrana basal epitelial, el espacio intersticial entre el epitelio alveolar y el capilar, la membrana basal capilar y el endotelio del capilar. Los factores que influyen en la permeabilidad de la membrana alveolocapilar son: el grosor de la membrana, su superficie, el cociente de difusión del gas y su gradiente de difusión.

El grosor de la membrana

Cuanto mayor es el grosor de la membrana, menor es su permeabilidad.

La superficie de la membrana

Cuanto mayor es la superficie de intercambio mayor es la permeabilidad de la membrana.

El coeficiente de difusión del gas (Ley de Graham)

Según la Ley de Graham, el coeficiente de difusión de un gas o la velocidad de movimiento que tienen sus moléculas a una determinada temperatura, es directamente proporcional a su solubilidad e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. Teniendo en cuenta que, los coeficientes de solubilidad del O2 (0,024) y del CO₂ (0,57) son muy dispares, su peso molecular es muy semejante, lo que hace que el coeficiente de difusión del CO₂ (20,3) sea 20 veces mayor que el del O2 (1,0). Por lo que, se puede confirmar que el CO₂ difunde 20 veces más rápido que el O2.

La velocidad de difusión de una sustancia a través de una membrana viene determinada por la Ley de Fick. Esta ley afirma que la tasa de difusión de un gas a través de una membrana es inversamente proporcional al espesor de la membrana y directamente proporcional a la superficie de dicha membrana, al coeficiente de difusión del gas y a la diferencia de presión parcial del gas existente entre ambos lados de la membrana. Siguiendo las bases de esta ley, las características de la membrana hematogaseosa en el pulmón son ideales para la difusión, puesto que, presenta una gran superficie de intercambio (de 50 a 100 m² en el adulto) y un espesor muy fino (de 0,1 a 0,5μ en el adulto).

Gradiente de difusión del gas

Hace referencia a la diferencia de presión parcial del propio gas (CO₂, O2) entre los dos lados de la membrana. Cada gas se comporta de forma independiente en el medio en el que se encuentra y se difunde según su propio gradiente de presión. Desde un punto de vista físico, la definición de gradiente es la razón existente entre el cambio del valor de una magnitud en dos puntos y la distancia que se registra entre ellos.

Los gases tienden a pasar desde zonas de mayor presión a zonas de menor presión, a favor de un gradiente de concentración, a través del cual las presiones en ambas zonas se igualan, para establecer el equilibrio. Este gradiente es el que determina la dirección del intercambio de gases a través de una membrana. Como la presión parcial del CO₂ (PaCO2 ) del capilar (46 mmHg) es mayor que la PaCO2 en el alveolo (40 mmHg), el CO₂ difunde desde la sangre venosa hacia el alveolo para posteriormente ser eliminado a la atmósfera.

En el caso del O2 el proceso sucede a la inversa, como su Presión parcial de O2 (PaO2 ) en el alveolo (100 mmHg) es mayor que en el capilar pulmonar (40 mmHg), se produce el paso de O2 del alveolo a la sangre, para posteriormente ser distribuido hacia las células del organismo.

Presión parcial de los gases

La presión parcial expresa la presión ejercida por un gas dentro de una mezcla de gases o dentro de un líquido. Según la Ley de Dalton en una mezcla de gases la presión total viene determinada por la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que componen dicha mezcla, en situación de temperatura constante. Esta presión parcial puede calcularse multiplicando la presión total de una mezcla por el volumen que ocupa dicho gas en ella.

El aire atmosférico es una mezcla gaseosa formada por Nitrógeno (78,06%), Oxígeno (20,98%) y Dióxido de Carbono (0,04%), con otros gases en concentraciones muy pequeñas que suman en total un 0,92%, entre los cuales el más destacado es el Argón. A nivel del mar, esta mezcla presenta una presión de 760 mmHg (presión atmosférica).

El aire de los alveolos al final de una inspiración llega a esta presión, por lo que, en ese momento no se produce ningún intercambio de aire, debido a que, existe la misma presión en ambas partes. Este valor se conoce como 0 de referencia en fisiología respiratoria.

La presión parcial de O2 (PaO2) alveolar es más baja que la PaO2 atmosférica debido a que al entrar el aire en la vía aérea se humedece provocando una dilución de los gases en vapor de agua, a que la tasa de velocidad de difusión del O2 es menor que la del CO₂ y al shunt anatómico que normalmente ocurre en el pulmón y que corresponde al 2-4% del gasto cardíaco. Este shunt anatómico hace referencia a la fracción del gasto cardíaco que no pasa a través de los capilares pulmonares.

Solubilidad de los gases

El comportamiento de los gases en un medio líquido depende de su coeficiente de solubilidad, el cual difiere de unos gases a otros. De este modo, cuando los gases se disuelven en un medio líquido como la sangre, sus moléculas se disuelven en él, ejerciendo una presión parcial similar a la mezcla de gases existentes en ese medio. Este fenómeno se explica a través de la Ley de Henry la cual determina que la concentración de gas disuelto en un líquido, a una temperatura constante, es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce dicho gas sobre el líquido y al coeficiente de solubilidad del mismo en ese medio.

  • p: presión parcial del gas.
  • kH: constante de Henry.
  • c: concentración del gas.

Valoración de la capacidad de difusión

Para valorar la capacidad de difusión, el gas de elección es el monóxido de carbono (CO) y la técnica más utilizada es el método de la respiración única. Consiste en realizar una única inspiración rápida y máxima, desde el volumen residual, de una mezcla de gases (CO, Helio, Oxígeno y Nitrógeno) y retener la ventilación durante 10 segundos, para medir las concentraciones de CO inspiradas y espiradas. El volumen de CO transferido a la sangre por unidad de tiempo, es decir, el grado de difusión del CO, proporciona información del estado funcional de la membrana alveolocapilar y de los factores que contribuyen al paso de CO desde el pulmón a la sangre.

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