Neumol Pediatr 2022; 17 (1): 6 - 8 Revista Neumología Pediátrica | Contenido disponible en www.neumologia-pediatrica.cl 6 Difusión de Gases FISIOLOGÍA RESPIRATORIA DIFUSIÓN DE GASES GAS DIFFUSION SECCIÓN SERIE / SERIES Dra. Arlette Andrade P. 1, Dr. Pablo Bertrand N. 2 1. Residente Enfermedades Respiratorias Pediátricas. Pontificia Universidad Católica de Chile. 2. Especialista en Enfermedades Respiratorias. Profesor Asociado, Facultad de Medicina. Pontificia Universidad Católica de Chile. Attribution-NonCommercial 4.0 International. Click AQUÍ RESUMEN El principal objetivo del sistema respiratorio es permitir un adecuado aporte de oxígeno y remoción del dióxido de carbono. Para esto, debe ocurrir una adecuada difusión de gases en la membrana alvéolo-capilar, proceso pasivo en el que el oxígeno se mueve hacia el capilar y el dióxido de carbono hacia el alveolo. La ley de Fick establece los determinantes de la difusión, los que están dados por propiedades de la membrana alvéolo-capilar y de los gases. Las características únicas de la membrana alvéolo-capilar favorecen la difusión de gases, pero es el gradiente de presión parcial de los gases el principal determinante. El oxígeno pasa fácilmente por la membrana alvéolo-capilar y se une rápidamente a la hemoglobina, saturándola, cuando se iguala la presión parcial de oxígeno alveolar y la capilar se detiene la difusión de este gas; por lo que la difusión de oxígeno en reposo está limitada por perfusión. El dióxido de carbono difunde 20 veces más rápido que el oxígeno en la membrana alvéolo-capilar, y aunque su gradiente de presión sea menor, el equilibrio se logra aproximadamente en el mismo tiempo. La difusión del oxígeno es más lenta que la del dióxido de carbono debido a su menor solubilidad. En condiciones patológicas tanto el oxígeno como el dióxido de carbono pueden ser limitados por difusión. Para medir la capacidad de difusión la técnica más utilizada es la capacidad de difusión de monóxido de carbono, ya que este gas solo está limitado por difusión. Palabras claves: Difusión, membrana alvéolo-capilar, oxígeno, dióxido de carbono, capacidad de difusión. ABSTRACT Themain objective of the respiratory system is allowing an adequate supply of oxygen and the removal of carbon dioxide from the tissues. To achieve this, an adequate diffusion of gases must occur in the alveolus-capillary membrane, which is a passive process in which oxygen moves towards the capillary and carbon dioxide towards the alveolus. Fick's law establishes the determinants of diffusion, which are given by properties of the alveolar-capillary membrane and properties of gases. The unique characteristics of the capillary-alveolar membrane favor the diffusion of gases, but it is the partial pressure gradient of the gases the main determinant. Oxygen passes easily through the alveolar-capillary membrane and rapidly binds to hemoglobin, saturating it. When the partial pressure of alveolar oxygen is matched, the diffusion of this gas stops; therefore, the diffusion of oxygen is limited by perfusion. Carbon dioxide diffuses 20 times faster than oxygen in the capillary-alveolar membrane, and although its pressure gradient is less than oxygen, equilibrium is achieved in approximately the same time. The diffusion of oxygen is slower than that of carbon dioxide due to its lower solubility. Under pathological conditions both oxygen and carbon dioxide can be diffusion-limited. To measure the diffusion capacity, the most used technique is the carbon monoxide diffusion capacity, since this gas is only limited by diffusion. Keywords: Diffusion, blood-air barrier, oxygen, carbon dioxide, pulmonary diffusing capacity. Autor para correspondencia: Dr. Pablo Bertrand N. pbertrand@med.puc.cl INTRODUCCIÓN El principal objetivo del sistema respiratorio es el intercambio gaseoso entre el aire ambiental y la sangre capilar que permita un adecuado aporte de oxígeno (O2) y remoción del dióxido de carbono (CO2). El aire ambiental circula en la vía aérea debido a cambios de presiones que determina el flujo de moléculas de distintos gases, lo que se conoce como ventilación alveolar. Durante la inspiración, el aire ambiental se mezcla con el vapor de agua y con gases que no son exhalados por completo de la vía aérea de conducción, de modo que el aire alveolar difiere en composición del aire atmosférico. Una vez que el aire alcanza la vía aérea de intercambio respiratorio (bronquiolo respiratorio, conducto alveolar y sacos alveolares), el tránsito de gases va a producirse como un movimiento neto de moléculas específicas de un gas desde un aérea de alta a uno de baja presión parcial del gas en particular. La difusión ocurre de forma pasiva e involucra principalmente al O2 que se mueve hacia el capilar y al CO2 que se mueve hacia el alveolo. La difusión del O2 es más lenta que la del CO2 debido a su menor solubilidad. En un modelo teórico de difusión a través de una membrana se logra un equilibrio entre presiones parciales, tras lo cual no existe difusión, pero en el pulmón tanto O2 como CO2 entran y salen de manera continua por lo que no se alcanza tal equilibrio. DETERMINANTES DE LA DIFUSIÓN Para que un determinado gas difunda por la membrana alveolo capilar debe pasar de una interfaz gaseosa a una líquida, lo que está determinado por la ley de Henry. Esta ley establece que “la cantidad de gas (C) absorbido por un líquido en el cual se combina químicamente, es directamente proporcional a la presión parcial (P) del gas a la que el líquido está expuesto, y la solubilidad (k) del gas en el líquido” (C=k*P). Luego el gas deberá transitar a lamembrana alvéolo-capilar difundiendo en forma secuencial a través del surfactante pulmonar, epitelio alveolar, intersticio y endotelio capilar, para llegar al eritrocito. La tasa de difusión de un gas está determinada por la ley de Fick, que establece que “el volumen de un gas que se mueve a través de una membrana por unidad de tiempo es directamente proporcional al área de la barrera (A), la constante de difusión (D) y la diferencia de presiones (P1-P2) entre ambos lados, pero es inversamente proporcional al grosor de la barrera (T)” según la siguiente fórmula: Vgas=(AD(P1 – P2))/T En la membrana alvéolo-capilar estos determinantes tienen características únicas que facilitan la difusión. El área de superficie (A) es amplia, entre 60 a 100m2 en un adulto sano. Esta área aumenta al reclutar capilares en el ejercicio y disminuye en condiciones con bajo retorno venoso. El grosor de la barrera (T) es mínimo (0,2 a 0,5 µm) y facilita la difusión. La constante de Difusión (D) depende de las propiedades de la membrana alvéolo-capilar y de los gases. El CO2 y el O2 tienen pesos moleculares similares, pero el CO2 es 24 veces más soluble en la fase líquida según la siguiente fórmula: D = Solubilidad √(Peso Molecular)
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