Tema 4. Intercambio de gases en el pulmón

4.1 Intercambio de gases en el pulmón

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.

Composición del aire inspirado, alveolar y espirado.

Las diferencias entre el aire inspirado y el aire alveolar se deben a:

• a) En cada ciclo respiratorio basal tan sólo se renueva 1/7 parte del aire contenido en los alvéolos, ya que la capacidad residual funcional es de alrededor de 2.300 ml y el volumen corriente alveolar de 350 ml.
• b) Al incorporar vapor de agua según recorre las vías aéreas, lo que da lugar a una dilución del resto de los gases.
• c) Al mezclarse con el aire de la capacidad residual funcional, los valores resultantes dependerán no sólo de las presiones del aire entrante sino también de las que tenga el aire residual.

Las diferencias entre el aire alveolar y el aire espirado se deben a:

• a) La mezcla entre el aire alveolar después de realizado el proceso de intercambio gaseoso y el aire inspirado que rellena las vías aéreas o espacio muerto.
• b) Las presiones parciales de los gases del espacio muerto y las presiones parciales de los gases del espacio alveolar.

La variación observada en el N₂ se debe a que el volumen de aire inspirado es mayor que el volumen de aire espirado ya que en el intercambio gaseoso no se equilibra exactamente la pérdida de O₂ con la ganancia de CO₂ debido a que en condiciones metabólicas basales hay un mayor consumo de O₂ que producción de CO₂.

4.1.1  Gas alveolar

La composición del gas alveolar depende de los siguientes factores:

• a) Composición del aire inspirado.
• b) Ventilación alveolar.
• c) Metabolismo.

4.1.2  Difusión de los gases respiratorios

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.

4.1.2.1  Flujo unitario

Se define como el volumen de gas que difunde entre gas alveolar y sangre en la unidad de tiempo y por unidad de presión. Para el O₂ presenta un valor de 20 ml/min/mm Hg. y para el CO₂ de 400 ml/min/mm Hg. Estos valores se modifican con la edad (disminuyendo) y el ejercicio (aumentando).

4.1.3  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.