Ecuación de estado y modelo de gas
Para comprender los procesos de intercambio gaseoso, el medio gaseoso se modela como una mezcla de gases ideales. En las condiciones del organismo, los gases fisiológicamente relevantes obedecen estrictamente a la ecuación de estado de los gases ideales.
Esta ecuación se expresa de la siguiente manera: PV = MRT
Donde cada variable tiene su significado físico:
- P — presión del gas;
- V — volumen ocupado;
- M — cantidad de gas expresada en moles;
- R — constante universal de los gases;
- T — temperatura absoluta (medida en grados Kelvin).
Presión parcial y ley de Dalton
El aire es una mezcla multicomponente. Para entender cómo participa específicamente cada gas individual en la respiración, se utiliza el concepto de presión parcial, es decir, la presión de un componente específico dentro de la mezcla total.
Según la ley de Dalton, la presión total de una mezcla de gases está determinada por la suma matemática simple de las presiones parciales de cada uno de los gases que componen dicha mezcla.
Fórmula de la ley de Dalton: P = P₁ + P₂ + P₃ + … + Pₙ
Es importante señalar que la presión parcial de cualquier gas en una mezcla es estrictamente proporcional a su porcentaje de concentración.
Medios gaseosos y su composición
Durante el proceso respiratorio, el aire pasa por varias etapas, modificando su composición. Tradicionalmente se distinguen tres medios gaseosos principales:
- Aire atmosférico (inspirado).
- Aire alveolar (presente directamente en los alvéolos).
- Aire espirado.
El porcentaje de los gases clave varía significativamente según el medio:
- Oxígeno (O₂): en el aire inspirado su proporción es del 20,94%, en el alveolar desciende al 14,5% y en el espirado es del 16,3%.
- Dióxido de carbono (CO₂): prácticamente está ausente en la atmósfera (0,03%), en los alvéolos su concentración alcanza el 5,5% y en la espiración disminuye al 4,0%.
- Nitrógeno (N₂): se mantiene relativamente estable (79,03% en la inspiración, 80% en los alvéolos y 79,7% en la espiración).
Observe la paradoja: el aire alveolar contiene menos oxígeno y más dióxido de carbono que el aire espirado. Esto se explica porque el gas espirado se forma al mezclar el aire alveolar con el aire del espacio anatómico «muerto». El aire en el espacio muerto no participa en el intercambio gaseoso y su composición es similar a la del aire atmosférico.
Cálculo de la presión y gradientes
Para que los gases se desplacen entre los pulmones y la sangre, se requiere un gradiente de presión. Los gases siempre se mueven desde una zona de alta presión parcial hacia una zona de baja presión parcial.
Al calcular la presión para el aire alveolar, se debe tener en cuenta un factor importante: el aire en las vías respiratorias se humidifica considerablemente. Por lo tanto, a la presión atmosférica estándar (760 mm Hg) se le debe restar la presión del vapor de agua, que es de 47 mm Hg. De este modo, la base de cálculo para los alvéolos es de 713 mm Hg.
La cascada de presión parcial (o tensión) de los gases es la siguiente:
- Aire atmosférico (a 760 mm Hg): la pO₂ es de 159 mm Hg y la pCO₂ es 0 (solo hay rastros presentes).
- Aire alveolar (a 713 mm Hg): la pO₂ disminuye a 100 mm Hg y la pCO₂ aumenta a 40 mm Hg.
- Tejidos del organismo: la pO₂ cae a 40 mm Hg y la pCO₂ alcanza su valor máximo de 46 mm Hg.
Precisamente esta diferencia de presiones (por ejemplo, para el oxígeno: 159 → 100 → 40) genera una potente fuerza impulsora que garantiza un flujo continuo de oxígeno hacia los tejidos y la eliminación del dióxido de carbono.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuáles son los valores de la tensión de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre arterial y venosa?
Los valores de tensión de oxígeno y dióxido de carbono dependen del tipo de sangre y determinan el gradiente de presión parcial para la respiración. La fuerza motriz del intercambio gaseoso representa la diferencia entre las presiones parciales de estos gases en la mezcla alveolar y su tensión en la sangre.
| Tipo de sangre | O₂ (mm Hg) | CO₂ (mm Hg) |
|---|---|---|
| Arterial | 100–120 | 40 |
| Venosa | 40 | 48 |
¿Mediante qué fórmula se calcula la presión parcial de un gas específico en el aire alveolar húmedo?
La presión parcial de un gas específico en el aire alveolar húmedo se calcula como la fracción de este gas respecto a la base de cálculo tras restar la presión del vapor de agua:
p gas = (760 − 47) × (% de gas / 100) = 713 × (% de gas / 100) mm Hg.
La presión del vapor de agua es de 47 mm Hg, por lo que a una presión atmosférica de 760 mm Hg la base de cálculo para el aire alveolar es de 713 mm Hg.
Para recordar el gradiente de oxígeno, utilice la secuencia numérica «159 — 100 — 40» (Calle — Pulmones — Tejidos). El oxígeno «desciende por un tobogán» desde la presión alta hacia la baja.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué el aire espirado contiene más oxígeno que el aire alveolar?
Durante la espiración, el gas alveolar se mezcla con una porción de aire procedente del «espacio muerto». La composición del aire en el espacio muerto es similar a la atmosférica, por lo que incrementa la proporción total de oxígeno en la mezcla espirada.
¿Por qué se restan 47 mm Hg al calcular la presión alveolar?
Esta cifra refleja la presión del vapor de agua. En las vías respiratorias, el aire atmosférico se calienta y se humidifica intensamente, por lo que una parte de la presión total en los pulmones corresponde al vapor.
¿Qué fuerza hace que el oxígeno penetre en los tejidos?
Gradiente de presión parcial. En los alvéolos, la presión del oxígeno es de 100 mm Hg y en los tejidos es de 40 mm Hg. El gas difunde pasivamente hacia la zona de menor presión.
Qué más repasar sobre el tema
- Aplicación matemática de la ecuación de estado de los gases ideales en fisiología
- Efecto del espacio muerto anatómico en la ventilación pulmonar
- Mecanismos de saturación del aire inspirado con vapor de agua
- Dinámica de la presión parcial del dióxido de carbono desde los tejidos hasta la atmósfera
Estudia el tema completo en el curso de «Fisiología»
Aquí tienes un resumen. En el curso encontrarás todo lo que preguntan en clase y en el examen.
- Guía metodológica completa sobre el tema «Propiedades físicas de los gases respiratorios» y otras 4.128 páginas de la asignatura
- Ejercicios y pruebas después de cada tema, igual que en el examen práctico
- El tutor de IA responderá a tus preguntas sobre el tema en cualquier momento
- 118 videotutoriales de la asignatura
Otros temas de la sección «Respiración»
Videolecciones gratuitas: fisiologíaLecciones breves con apuntes, sin registro.
Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.