Leyes de los gases y fisiología respiratoria

Leyes de los gases y fisiología respiratoria

En este módulo se revisan los principios físicos que sustentan la fisiología respiratoria, con especial énfasis en la ley de Dalton, la ley de Graham y la ecuación de Fick. Cada apartado incluye ejemplos prácticos, mnemotécnicos y preguntas tipo test para reforzar el aprendizaje.

Ley de Dalton y presión parcial del oxígeno

La ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada componente. Esta regla es fundamental para calcular la presión parcial del oxígeno (O₂) en la atmósfera.

Ejemplo práctico: Si la presión total es 760 mmHg y las presiones parciales de N₂ y CO₂ son 560 mmHg y 120 mmHg respectivamente, la presión parcial del oxígeno se obtiene restando la suma de los gases conocidos:

• Presión total = 760 mmHg
• Suma de N₂ y CO₂ = 560 mmHg + 120 mmHg = 680 mmHg
• Presión parcial de O₂ = 760 mmHg – 680 mmHg = 100 mmHg

Resumen de puntos clave

• La presión total es la suma de las presiones parciales.
• Para hallar una presión parcial desconocida, resta la suma de las conocidas de la presión total.
• En el caso anterior, la presión parcial de O₂ es 100 mmHg.

Cómo recordarlo

• Mnemotécnico: “Total = suma, resta lo que ya sabes”.
• Imagina la presión total como una pizza; las porciones de N₂ y CO₂ ya están tomadas, la porción restante corresponde al oxígeno.

Factores que limitan la difusión de oxígeno en la membrana alveolo‑capilar

La difusión de O₂ a través de la membrana alveolo‑capilar depende de varios factores descritos por la ecuación de Fick:

• Área de superficie (A): mayor área favorece la difusión.
• Grosor de la membrana (d): un mayor grosor reduce la velocidad de difusión.
• Diferencia de presión parcial (ΔP): cuanto mayor sea la diferencia, mayor será el flujo neto.
• Coeficiente de difusión (D): depende de la solubilidad y el peso molecular del gas.

De los factores anteriores, el grosor de la membrana es el que más reduce la velocidad de difusión del oxígeno, ya que la relación es inversa (Fick: flujo ∝ 1/d).

Dirección de difusión del CO₂ entre capilares y alvéolos

El movimiento neto de un gas siempre ocurre desde la zona de mayor presión parcial hacia la zona de menor presión parcial. En el caso del dióxido de carbono (CO₂), si la presión parcial en la sangre capilar es 45 mmHg y en el alvéolo 40 mmHg, el gradiente es:

• Capilar → Alvéolo: 45 mmHg → 40 mmHg

Por lo tanto, la difusión neta se produce del capilar al alvéolo.

Ley de Graham y velocidad de difusión de los gases

La ley de Graham indica que la velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molecular (M):

v ∝ 1/√M

Comparando el oxígeno (O₂, M≈32 g·mol⁻¹) con el helio (He, M≈4 g·mol⁻¹):

• √(32/4) = √8 ≈ 2.83
• Por lo tanto, He se difunde aproximadamente 2.8 veces más rápido que O₂.

En la lista de opciones, el helio (He) es el gas que difunde más rápidamente que el oxígeno.

Resumen de puntos clave

• Velocidad ∝ 1/√M.
• He tiene la masa molecular más baja entre los gases comunes.
• Un gas más ligero se difunde más rápido.

Cómo recordarlo

• Mnemotécnico: “He es ligero como una pluma, se escapa rápido”.
• Recuerda que entre los gases habituales, el helio es el más liviano.

Efectos del hipobárismo sobre la presión parcial de O₂ alveolar

El hipobárismo (disminución de la presión atmosférica) ocurre, por ejemplo, en altitudes elevadas. La presión parcial de cada gas, incluido el oxígeno, disminuye proporcionalmente a la presión total.

Así, la presión parcial de O₂ disminuye proporcionalmente a la presión atmosférica, lo que explica la menor saturación de hemoglobina en altitudes altas.

Transporte de oxígeno disuelto en plasma

En la sangre, el oxígeno se transporta de dos formas principales:

• Unión a la hemoglobina (≈98 %).
• Disuelto en plasma (≈2 %).

Por lo tanto, la fracción aproximada del transporte total de oxígeno que ocurre disuelto en plasma es 2 %.

Presión de vapor de agua a 37 °C

En condiciones fisiológicas (37 °C), la presión de vapor de agua es constante y se registra en los textos de fisiología como 47 mmHg. Este valor es esencial para calcular la presión parcial alveolar de gases secos.

Ecuación de Fick y la variable ΔP

La ecuación de Fick describe la difusión de gases a través de una membrana:

\[\text{Flujo} = D \times \frac{A}{d} \times \Delta P\]

Donde:

• D: coeficiente de difusión.
• A: área de superficie.
• d: grosor de la membrana.
• ΔP (representada por la letra P en la pregunta) es la diferencia de presión parcial entre los dos compartimentos.

Así, la variable que representa la diferencia de presión es P.