Intercambio de gases limitado por difusión y perfusión

La función principal de los pulmones es garantizar el intercambio de gases entre el entorno externo y la sangre dentro del sistema circulatorio.

Esto ocurre gracias a una serie de tubos ramificados llamados vías respiratorias, que conducen el aire hacia abajo, a pequeños sacos de paredes finas llamados alvéolos, que están envueltos en una intrincada red de diminutos vasos sanguíneos llamados capilares pulmonares.

Y la membrana alvéolo-capilar, que es donde la capa de células alveolares que recubre los alvéolos se encuentra con las células endoteliales que forman el capilar pulmonar, es el lugar en el que se produce el intercambio de gases Antes de profundizar en la difusión, la perfusión y sus límites, sabemos que el intercambio de gases a través de la membrana alvéolo-capilar se produce según la ley de Fick La ley de Fick establece que la tasa neta de difusión (V) de cualquier gas particular a través de la membrana alveolar-capilar, es proporcional al gradiente de presión a través de la pared; que es la diferencia entre la presión parcial del gas en los sacos alveolares, o PA, y la presión parcial del gas en la sangre, o Pa, y también proporcional al área de la superficie de la pared, o A, pero inversamente proporcional al espesor de la pared (T).

Y todo esto es veces la constante de difusión (D), que varía de un gas a otro. V=(PA-Pa)ADT Por lo tanto, el intercambio gaseoso limitado por difusión significa que un gas como el oxígeno o el dióxido de carbono puede difundirse a través de la membrana alvéolo-capilar siempre que se mantenga el gradiente de presión parcial.

Por otro lado, el intercambio de gases limitado por la perfusión significa que si el gradiente de presión no se mantiene, y la concentración de gases en los dos lados de la membrana alvéolo-capilar se iguala, solo es posible un mayor intercambio de gases aumentando el flujo sanguíneo, o perfusión, en el capilar pulmonar.

Para entender estos conceptos, veamos una sección de un saco alveolar, con un capilar pulmonar recorriendo su superficie.

El capilar transporta sangre venosa mixta, que es pobre en oxígeno y rica en dióxido de carbon A medida que la sangre pasa por la pared del capilar alveolar a lo largo del mismo, intercambia algunas moléculas de gas con el interior del saco alveolar.

En este caso, la cantidad total de gas que se difunde en la sangre depende de la cantidad de sangre que fluye a través de los capilares pulmonares alrededor de los alvéolos.

El mejor ejemplo para ilustrar este proceso es el uso del óxido nitroso, o gas N2O. Así que imaginemos que estamos inflando el saco alveolar con óxido nitroso, y que su presión parcial alveolar, anotada como PAN2O, es constante.

Al principio del contacto alvéolo-capilar, la presión parcial de óxido nitroso en la sangre capilar pulmonar, o PaN2O, es cero, porque este gas no existe inicialmente en la sangre.

Según la ley de Fick, este gradiente de presión hace que las moléculas de óxido nitroso del saco alveolar se difundan rápidamente hacia el capilar pulmonar Dentro de la sangre, las moléculas de óxido nitroso no se unen a la hemoglobina ni a otros componentes sanguíneos, es decir, todas las moléculas de gas están libres en la sangre, lo que hace que la presión parcial de óxido nitroso en la sangre capilar pulmonar aumente rápidamen De hecho, esto ocurre tan rápido que en la primera quinta parte de la longitud del capilar ya se ha alcanzado el equilibrio entre las presiones parciales a ambos lados de la membrana alvéolo-capilar.

En este punto, el gradiente de presión parcial cae a cero, por lo que la difusión de óxido nitroso se detiene. En esta situación, la única manera de aumentar la difusión neta es aumentar el flujo sanguíneo a través del capilar pulmonar.

El aumento del flujo sanguíneo impulsa la sangre rica en óxido nitroso a través del capilar, y trae sangre nueva sin óxido nitroso o con menos óxido nitroso, restaurando el gradiente de presión parcial.

Otro ejemplo de intercambio gaseoso limitado por la perfusión puede ilustrarse con el oxígeno, pero solo en circunstancias normales, por lo que no se aplica durante el ejercicio extenuante o en el caso de trastornos pulmonares como la fibrosis o el enfis Al principio del contacto alvéolo-capilar, la presión parcial de oxígeno en los alvéolos, o PAO2, es mayor que la que llega dentro de la sangre venosa mezclada en los capilares pulmonares, que se anota como PaO2.

Esto crea un gradiente de presión parcial, que hace que el oxígeno se difunda en la sangr A medida que el proceso continúa, la presión parcial de oxígeno en la sangre capilar pulmonar aumenta, pero no tan rápido como con el óxido nitroso Esto se debe a que, a diferencia del óxido nitroso, las moléculas de oxígeno recién difundidas se unen a la hemoglobina de los eritrocitos, por lo que primero todas las moléculas de hemoglobina deben saturarse de oxígeno, antes de que aparezcan moléculas de oxígeno libres en la sangre y aumente la PaO2.

Esto hace que el punto de equilibrio entre la PAO2 y la PaO2 se sitúe en torno a un tercio de la longitud del capilar, un poco más lejos en comparación con un quinto con el N A partir de aquí, a menos que la velocidad del flujo sanguíneo aumente para traer más sangre hambrienta de oxígeno, no puede haber más difusión neta de O2 Por otro lado, existe el intercambio de gases limitado por la difusión, que se ilustra mejor con el ejemplo de la difusión del monóxido de carbono, o CO.

Al principio del contacto alvéolo-capilar, tenemos la mayor presión parcial de CO alveolar, o PACO, mientras que su presión parcial en la sangre, o PaCO, es cero porque este gas no se encuentra originalmente en la sangre.

En este punto, el gradiente de presión parcial es máximo, lo que hace que el CO se difunda rápidamente en la sangre Cuando el CO entra en la sangre, se une ávidamente a la hemoglobina dentro de los eritrocitos, por lo que hay muy poco CO libre, sin uni Esto hace que la presión parcial de CO en la sangre aumente un poco De hecho, se eleva tan poco, que incluso al final del capilar, no se alcanza el equilibrio entre la presión parcial de CO alveolar y la presión parcial de CO en la sangr Por lo tanto, el gradiente de presión se mantiene a lo largo de toda la longitud del capilar pulmonar, lo que hace que se trate de un caso de intercambio de gases limitado por la difusión.

El intercambio de gases limitado por difusión también se aplica al oxígeno en circunstancias especiales, como durante el ejercicio físico extenuante.

En esta situación, la frecuencia cardíaca aumenta, la velocidad del flujo sanguíneo pulmonar aumenta, y esto acorta el tiempo de tránsito de la sangre cerca de la pared alveolar-capilar.

No hay tiempo para que la presión parcial de oxígeno en la sangre alcance la presión parcial de oxígeno en el saco alveolar.

Esto mantiene el gradiente de presión en funcionamiento, lo que lo convierte en un tipo de intercambio de gases limitado por difusión.

El intercambio de oxígeno también está limitado por la difusión en el marco de las afecciones pulmonares como la fibrosis pulmonar o el enfisema.

En la fibrosis pulmonar, la pared alveolar-capilar se engrosa. Y según la ley de Fick, una membrana alvéolo-capilar más gruesa reduce la velocidad de difusión, por lo que la presión parcial de oxígeno en la sangre tarda mucho más en alcanzar la presión parcial de oxígeno en el saco alveolar Esto significa que la sangre fluye a través de toda la longitud del capilar con un gradiente de presión lo suficientemente alto como para mantener la difusión.

En el enfisema, los alvéolos se destruyen gradualmente, lo que reduce la superficie total que permite el intercambio de gases.

Y según la ley de Fick, si hay menos superficie para el intercambio de gases, la tasa de difusión disminuy Esto mantiene un gradiente de presión parcial alto, por lo que es otro ejemplo de intercambio de gases limitado por difusión.

Como breve resumen... El intercambio de gases limitado por difusión y limitado por perfusión son dos circunstancias que alteran el intercambio de gases a través de la membrana alvéolo-capilar.

En el intercambio de gases limitado por la perfusión, las presiones parciales a través de la pared alveolar-capilar se equilibran antes de que la sangre salga de los capilares pulmonares, lo que da lugar a un gradiente de presión nulo.

El aumento de la difusión en este caso requiere que aumente la tasa de flujo sanguíneo en los capilares pulmonares. Por otro lado, en el intercambio de gases limitado por la difusión, las presiones parciales a través de la barrera alvéolo-capilar no se equilibran, porque las moléculas de gas se unen a algunos componentes de la sangre, como la hemoglobina Así que hay muy poco gas libre en la sangre, que ejerce una presión parcial menor, demasiado pequeña para equilibrar la de los sacos alveolares.

Esto mantiene el gradiente de presión a lo largo de toda la longitud del capilar pulmonar, lo que hace que el intercambio de gases esté limitado por la difusión.