Condiciones para un intercambio gaseoso eficaz
Para que el intercambio gaseoso entre los alvéolos y la sangre se realice plenamente, se necesitan tres condiciones clave:
- Ventilación alveolar continua. Esto es necesario para que la composición de los gases dentro del alvéolo permanezca constante.
- Difusión de gases. El paso de moléculas a través de la membrana alveolocapilar. La fuerza impulsora aquí es la diferencia (gradiente) de presión parcial de los gases.
- Perfusión adecuada. El suministro de sangre a los capilares pulmonares debe corresponder estrictamente al nivel de su ventilación. Esto se conoce como relación ventilación-perfusión.
Mecanismos de difusión de gases
La difusión de oxígeno y dióxido de carbono siempre se produce según el gradiente de presión parcial (tensión), desde una zona de alta presión hacia una zona de baja presión.
En los pulmones
Aquí el intercambio gaseoso se produce entre el aire alveolar y la sangre venosa que llega a los capilares:
- Oxígeno (O2): en los alvéolos su presión es de 102 mm Hg, y en la sangre venosa es de 40 mm Hg. Gracias a este gradiente ($102 \rightarrow 40$), el oxígeno pasa a la sangre.
- Dióxido de carbono (CO2): en la sangre su tensión es de 48 mm Hg, y en los alvéolos es de 40 mm Hg. El dióxido de carbono difunde hacia el alvéolo ($48 \rightarrow 40$).
En los tejidos
El intercambio gaseoso se produce entre la sangre arterial y las células:
- Oxígeno: en los capilares tisulares la presión de O2 es de unos 90 mm Hg, y en las células que lo consumen activamente desciende a 0–20 mm Hg. El oxígeno tiende a pasar de la sangre a las células.
- Dióxido de carbono: las células producen activamente CO2, cuya presión allí alcanza los 60 mm Hg. En la sangre arterial aferente es de unos 46 mm Hg. El dióxido de carbono pasa a la sangre.
Relación entre ventilación y perfusión
Los pulmones poseen mecanismos de autorregulación local para que el intercambio gaseoso sea lo más eficaz posible. El organismo redistribuye los recursos para no desperdiciar flujo sanguíneo en zonas no ventiladas y viceversa.
- Si el flujo sanguíneo disminuye (hipoperfusión). En esta zona se reduce reflejamente la luz de los bronquiolos. La ventilación disminuye y el aire se dirige hacia aquellas zonas de los pulmones que están mejor perfused.
- Si la ventilación disminuye (hipoventilación). Se desarrolla una falta de oxígeno (hipoxia) y un exceso de dióxido de carbono (hipercapnia). Esto provoca una constricción vascular local (vasoconstricción). El flujo sanguíneo disminuye y la sangre se desvía hacia los alvéolos bien ventilados.
Asimismo, en los pulmones existe un gradiente vertical. Tanto la ventilación como la perfusión varían de arriba a abajo, pero el gradiente del flujo sanguíneo está más pronunciado. Esto determina diferentes valores de la relación ventilación-perfusión ($V/Q$) en las distintas regiones de los pulmones.
Características de la barrera y el flujo sanguíneo
La barrera hematoaérea a través de la cual difunden los gases tiene un área superficial total de 70–80 m² y un grosor muy pequeño, de 0,3 a 2,0 µm.
Los surfactantes desempeñan un papel importante en la difusión. No solo regulan la evaporación del agua de la superficie de los alvéolos, sino que también controlan la velocidad de absorción de oxígeno en la interfaz gas-líquido.
La velocidad de difusión del oxígeno hacia la sangre depende en gran medida de la diferencia de presiones. Si el gradiente es de solo 1 mm Hg, pasan 25–60 ml/min de O2. Con un gradiente de 60 mm Hg, la velocidad alcanza los 3600 ml/min (mientras que la necesidad corporal media en reposo es de unos 300 ml/min). El dióxido de carbono tiene una capacidad de penetración mucho mayor y difunde 25 veces más rápido que el oxígeno.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿De qué capas estructurales consta la barrera hematoaérea?
La barrera hematoaérea incluye las estructuras de la membrana alveolocapilar a través de la cual se produce el intercambio gaseoso:
- Epitelio alveolar / neumocitos.
- Intersticio pulmonar: matriz extracelular y células intersticiales.
- Endotelio de los capilares alveolares.
¿De qué parámetros físicos depende la capacidad de difusión de los pulmones (según la ley de Fick)?
La tasa de difusión pasiva de gases a través de la barrera hematoaérea se describe mediante la ley de Fick y depende de las propiedades de la membrana y de la sustancia difusora. El proceso está determinado por los siguientes parámetros físicos:
- Gradiente de presión parcial (concentración): la principal fuerza impulsora del intercambio gaseoso.
- Área superficial: es directamente proporcional (cuanto mayor es el área, más rápida es la difusión).
- Grosor de la membrana: es inversamente proporcional (cuanto más gruesa es la barrera, más lento es el proceso).
- Masa molecular: la velocidad es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa molecular.
- Coeficiente de difusión: determinado principalmente por la lipofilia.
Adicionalmente, la velocidad se ve afectada por la temperatura ambiental y la forma de la molécula.
Preguntas de clases y exámenes
El oxígeno difunde desde los alveolos hacia los capilares pulmonares, ya que la presión parcial de $O_2$ en los alveolos es mayor (102 mm Hg) que en la sangre venosa que llega (40 mm Hg).
El oxígeno pasa desde los alveolos hacia la sangre de los capilares pulmonares. Esto ocurre según el gradiente de presión parcial: en los alveolos es de 102 mm Hg, mientras que en la sangre venosa es de 40 mm Hg.
¿Qué le sucederá al flujo sanguíneo local si la ventilación disminuye en una zona del pulmón?
Debido a la hipoventilación se producirá hipoxia e hipercapnia. Esto provocará una vasoconstricción local, el flujo sanguíneo disminuirá y la sangre será redirigida a las zonas mejor ventiladas.
¿Qué gas difunde más rápido: el oxígeno o el dióxido de carbono?
El dióxido de carbono difunde a través de la barrera alveolocapilar 25 veces más rápido que el oxígeno.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y componentes de la barrera hematoaérea
- Propiedades físico-químicas del surfactante
- Fórmula de cálculo de la relación ventilación-perfusión (V/Q)
- Efecto de la gravedad sobre la distribución regional del flujo sanguíneo pulmonar
- Curva de disociación de la oxihemoglobina
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