intercanvi de gasos PDF

Preview

Summary

Download intercanvi de gasos PDF

Description

PRINCIPIS'FÍSICS'DE'L’INTERCANVI'GASÓS' Després'de'que'els'alvèols's’hagin'ventilat'amb'aire'net,'la'següent'fase'del'procés'respiratori' és'la'difusió'de'l’oxigen'des'dels'alvèols'cap'a'la'sang'pulmonar'i'la'difusió'de'CO2'a'la'direcció' oposada' El'procés'de'difusió'és'simplement'el'moviment'aleatori'de'molècules'a'totes'les'direccions'a' través'de'la'membrana'respiratòria'i'els'líquids'adjacents' ' '

FÍSICA'DE'LA'DIFUSIÓ'GASOSA'I'PRESSIONS'PARCIALS'DE'GASOS' Base'molecular'de'la'difusió'gasosa' Tots'els'gasos'importants'són'molècules'simples'que'es'mouen'lliurement'entre'sí' Perquè'es'produeixi'la'difusió'hi'ha'd’haver'una'font'd’energia,'la'qual'procedeix'del'moviment' cinètic'de'les'pròpies'partícules,'és'a'dir,'del'moviment'que'presenten' totes'les'molècules'de' tota'la'matèria'exceptuant'a'una'temperatura'de'zero' ' Pressions'gasoses'en'una'barreja'de'gasos' La'pressió'està'produïda'per'múltiples'impactes'de'partícules'en'moviment'contra'superfície' Per' tant,' la' pressió' d’un' gas' que' actua' sobre' les' superfícies' de' les' vies' respiratòries' i' dels' alvèols'és'proporcional'a'la'suma' de'les'forces'dels' impactes'de'totes'les'molècules'd’aquest' gas' que' xoquen' contra' la' superfície.' Així' doncs,' la' pressió' és' directament' proporcional' a' la' concentració'de'les'molècules'de'gas' Pressió'parcial:'en'una' barreja'de'gasos,'la'velocitat'de'difusió'de'cada'un'd’aquests'gasos'és' directament'proporcional'a'la'pressió'que'genera'aquest'gas'sol'à'P'parcial' ' Pressions'de'gasos'dissolts'en'aigua'i'teixits' La' pressió' parcial' d’un' gas' en' una' solució' està' determinada' per' la' seva' concentració' i' pel' coeficient'de'solubilitat'del'gas.'El'coeficient'de'solubilitat'es'refereix'a'que'algunes'molècules' són' atretes' físicament' o' químicament' per' les' molècules' d’aigua,' mentre' que' d’altres' són' repelades:' • •

Quan'les' molècules'són' atretes' se’n'poden'dissoldre'més'sense'generar'un' excés'de' pressió'parcial'a'l’interior'de'la'solució' Quan' les' molècules' són' repelades' es' genera' una' pressió' parcial' elevada'amb' menys' molècules'dissoltes'

Llei'de'Henry='

!"#!$#%&'!(ó*+$,*-'. *+(..",% ' !"$/(!($#%*+$*.",01(,(%'%

El'CO2'és' 20' vegades' més' soluble' que' l’O2.' Per' tant,' la' pressió'parcial' del' CO2' és' menor' de' 1/20'de'la'que'exerceix'l’oxigen' La'pressió'parcial'de'cada'un'dels'gasos' a'la'barreja'de' gas'respiratòria'alveolar'tendeix'a' fer' que'les'molècules'd’aquest'gas'es'dissolguin'a'la'sang'dels'capil·lars'alveolars.'Per'contra,'les' molècules'del'mateix'gas'que'ja'estan'dissoltes'a'la'sang'estan'rebotant'de'manera'aleatòria' en' el' líquid' de' la' sang,' i' algunes' d’aquestes' molècules' que' reboten' escapen' de' nou' cap' als' alvèols'' La'velocitat'a'la'que'escapen'és'directament'proporcional'a'la'seva'pressió'parcial'a'la'sang'

La' direcció' de' la' difusió' neta' vindrà' determinada' per' la' diferència' entre' els' dues' pressions' parcials,'que'resulta:' -

Que'la'de'l’O2'és'més'elevada'en'els'alvèols' Que'la'del'CO2'és'més'elevada'dissolta'en'sang'

Pressió'de'vapor'd’aigua' Quan's’inhala'aire'no'humidificat'cap'a'les'vies'respiratòries,'l’aigua's’evapora'immediatament' des'de'les'superfícies'd’aquestes'vies'aèries'i'humidifica'l’aire' Això' es' deu' a' que' les' molècules' d’aigua' estan' escapant' contínuament' de' la' superfície' de' l’aigua'cap'a'ala'fase'gasosa'' 'La'pressió'parcial'que'exerceixen'les'molècules'd’aigua'per'escapar'a'través'de'la'superfície'es' denomina' la' pressió' de' vapor' d’aigua' (a' la' temperatura' corporal' normal' (37ºC)' aquest' a' pressió'de'vapor'és'de'47mmHg)' ' Difusió'de'gasos'a'través'de'líquids' Les' molècules' de' la' zona' de' pressió' elevada,' degut' al' seu' major' nombre' ,' té' una' major' probabilitat'estadística'de'moure’s'de'manera'aleatòria'cap'a'la'zona'de'baixa'pressió'que'les' molècules'que'intenten'passar'a'l’altra'direcció' No' obstant' això,' algunes' molècules' reboten' de' manera' aleatòria' des' de' la' zona' de' baixa' pressió'cap'a'ala'zona'd’alta'pressió' Per' tant,' la' difusió' neta' del' gas' des' de' la' xona' de' pressió' elevada' cap' a' ala' zona' de' pressió' baixa'és'igual'al'nombre'de'molècules'que'reboten'en'aquesta'direcció'contrària.'Aquest'valor' és'proporcional'a'la'diferència'de'pressions'parcials'de'gas'entre'les'dues'zones.'Això'és'el'que' s’anomena'diferència'de'pressió'per'produir'la'difusió' A'més'de'la'diferència'de'pressió,'hi'ha'diversos'factors'que'afecten'a'la'velocitat'de'difusió'del' gas'en'un'líquid.'Aquests'factors'són:' •

•

•

•

•

Solubilitat'del'gas'en'el'líquid' Com'major'sigui'la'solubilitat'del'gas,'major'és'el'nombre'de'molècules'disponibles'per' difondre'qualsevol'diferència'de'pressió'parcial'donada' Àrea'transversal'del'líquid' Com'major'sigui'l’àrea'transversal'del'trajecte'de'la'difusió,'major'serà'el'nombre'total' de'molècules'que'difonen' Distància'a'través'de'la'qual'ha'de'difondre'el'gas' Com' major' sigui' la' distància' que' han' d’atravessar' les' molècules,' més' tardaran' les' molècules'en'difondre'tota'la'distància' Pes'molecular'' Com' major' sigui' la' velocitat' del' moviment' cinètic' de' les' molècules' (que' és' inversament' proporcional' a' l’arrel'quadrada' del'pes'molecular)' major' serà' la'difusió' del'gas' Temperatura' No'és'necessària'considerar-la,'ja'que'roman'de'forma'constant'

'

D='velocitat'difusió' ∆P=diferencia'de'pressió'parcial' A=área'transversal' S=solubilitat' d=distancia'de'difusió' PM=pes'molecular'

AIRE'ALVEOLAR'vs'AIRE'ATMOSFÈRIC' La'composició'de'l’aire'alveolar'és'diferent'de'la'de'l’atmosfèric,'perquè:' v L’aire'alveolar'és'substituït'de'manera'parcial'per'aire'atmosfèric'a'cada'respiració' En' promig,' la' capacitat' residual' funcional' dels' pulmons' (volum' d’aire' que' queda' en' els' pulmons' al' final' d’una' espiració' normal)' en' un' home' és' de' 2300ml.' No' obstant' això,' només' 350ml' d’aire' nou' entren' en' els' alvèols' a' cada' inspiració' normal' i' s’espira' la' mateixa'quantitat'd’aire'alveolar.'Per'tant,'el'volum'd’aire'alveolar'que'és'substituït'per' aire'atmosfèric'nou'a'cada'respiració'és'de'1/7'del'total,'de'manera'que'són'necessàries' múltiples'inspiracions'per'intercanviar'la'major'part'de'l’aire'alveolar.' Aquesta'substitució'lenta'de'l’aire'alveolar'té'una'importància'particular'en'la'prevenció' de'canvis'sobtats'de'les'concentracions'de'gasos'a'la'sang.'Això'fa'que' el'mecanisme'de' control' respiratori' sigui' molt' més' estable' de' lo' que' seria' d’una' altra' manera,' i' ajuda' a' prevenir'els'augments'i'disminucions'excessius'de'l’oxigenació'tissular,'de'la'concentració' de'CO2'tissular'i'del'pH'tissular'quan'es'produeix'una'interrupció'temporal'de'la'respiració' ' v L’oxigen' s’absorbeix' constantment' cap' a' la' sang' pulmonar' des' de' l’aire' pulmonar' i' contínuament's’inspira'oxigen'nou'cap'als'alvèols' Com'més'ràpidament's’absorbeixi'l’oxigen,'menor'serà'la'seva'concentració'en'els'alvèols.'' Com'més'ràpidament's’inhali'nou'oxigen'cap'als'alvèols'des'de'l’atmòsfera,'major'serà'la' seva'concentració' Per' tant,' la' concentració' d’oxigen' en' els' alvèols,' i' també' la' seva' pressió' parcial,' està' controlada'per'la'velocitat'd’absorció'd’O2'cap'a'la'sang'i'la'velocitat'd’entrada'd’O2'nou' als'pulmons'pel'procés'ventilatori' ' v El' CO2' es' difon' constantment' des' de' la' sang' pulmonar' cap' als' alvèols' i' s’elimina' dels' alvèols'per'la'ventilació' La' Pco2' alveolar' augmenta' en' proporció' directa' a' la' velocitat' d’excreció' de' CO2' i' disminueix'en'proporció'inversa'a'la'ventilació'alveolar.'Per'tant,'les'concentracions'i'les' pressions' parcials' tant' de' l’O2' com' del' CO2' en' els' alvèols' estan' determinades' per' les' velocitats'd’absorció'o'excreció'dels'dos'gasos'i'per'la'magnitud'de'la'ventilació' ' v Humidificació'de'l’aire'a'les'vies'respiratòries' L’aire' atmosfèric' està' compost' quasi' totalment' per' nitrogen' i' O2,' però' quasi' no' conté' CO2'ni'vapor'd’aigua.'Tant'punt'l’aire'atmosfèric'entra'a'les'vies'respiratòries.'Tant'punt' l’aire'atmosfèric'entra'a'les'vies'respiratòries'està'exposat'als'líquids'que'recobreixen'les' superfícies' respiratòries.' Fins' i' tot' abans' de' que' l’aire' entri' en' els' alvèols,' s’humidifica' totalment.'' La'pressió'parcial'de'vapor'd’aigua'de'l’aire'alveolar'és'de'47'mmHg.'Com'que'la'pressió' total' en' els' alvèols' no' pot' augmentar' per' sobre' de' la' pressió' atmosfèrica' (760mmHg),' aquest'vapor'd’aigua'simplement'dilueix'tota'la'resta'de'gasos'que'estan'a'l’aire'inspirat' ' '

DIFUSIÓ'DE'GASOS'A'TRAVÉS'DE'LA'MEMBRANA'RESPIRATÒRIA' ' Unitat'respiratòria'(o'lobuliollo'respiratori)' Està' formada' per:' bronquíol' respiratori,' conductes' alveolars,' atris'i'alvèols' Les'parets'alveolar'són'molt'primers'i'entre'els'alvèols'hi'ha'una' xarxa' quasi' sòlida' de' capil·lars' interconnectats.' L’intercanvi' gasós' entre' l’aire' alveolar' i' la' sang' pulmonar' es' produeix' a' través' de' les' membranes' de' totes' les' porcions' terminals' dels' pulmons,' no' només' en' els' propis' alvèols.' Totes' aquestes' membranes' es' coneixen' de' forma' col·lectiva' com' la' MEMBRANA'RESPIRATÒRIA.' ' ' ' ' Membrana'respiratòria'(o'pulmonar)' S’hi'poden'observar'les'capes'següents:' 1. Una' capa' de' líquid' que' tapissa' l’alvèol' i' que' conté'surfactant,'cosa'que'redueix'la'tensió'superficial' del'líquid'alveolar' 2. L’epiteli' alveolar,' que' està' formant' per' cèl' epitelials'primes' 3. Una'membrana'basal'epitelial' 4. Un' espia' intersticial' prim' entre' ‘epiteli' alveolar'i'la'membrana'capil·lar'' 5. Una' membrana' basal' capil·lar' que' en' molts' casos' es' fusiona' com' la' membrana' basalde' l’epiteli' alveolar' 6. La'membrana'de'l’endoteli'capil·lar' La'membrana'de'l’eritròcit'habitualment'toca'la'paret'capil·lar'de'manera'que'no'és'necessari' que' l’O2' i' el' CO2' atravessin' quantitats' significatives' de' plasma' quan' difonen' entre' l’alvèol' i' l’eritròcit.'Això'augmenta'la'rapidesa'de'la'difusió' ' ' Factors'que'influeixen'a'la'velocitat'gasosa'a'través'de'la'membrana'respiratòria' •

Gruix'de'la'membrana'respiratòria' Com' que' la' velocitat' de' difusió' a' través' de' la' membrana'es' inversament'proporcional' al' gruix'de' la' membrana,' qualsevol' factor'que'augmenti' el' gruix'(ex:' fibrosis'pulmonar)'pot' interferir'reduint'la'velocitat'de'manera'significativa'amb'l’intercanvi'respiratori'normal' '

•

•

•

Àrea'superficial'de'la'membrana' Quan'l’àrea'total'superficial'disminueix'(ex:'efisema),'es'produeix'un'deterioro'significatiu' de'l’intercanvi'de'gasos'a'través'de'la'membrana' ' Coeficient'de'difusió'del'gas'a'la'substància'de'la'membrana' Per'a'la'transferència'de'cada'un'dels'gasos'a'través'de'la'membrana'respiratòria'depèn'de' la'solubilitat'dels'gas'a'la'membrana'i'inversament'de' l’arrel' quadrada'del'pes'molecular' del'gas' La' velocitat' de' difusió' a' la' membrana'respiratòria'és'quasi' exactament'la' mateixa'que' a' l’aigua' ' Diferència'de'pressió'parcial'del'gas'entre'els'dos'costats'de'la'membrana' És'la'diferència'entre'la'pressió'parcial'del'gas'en'els'alvèols'i'la'pressió'parcial'del'gas'a'la' sang' capil·lar' pulmonar.' La' pressió' parcial' representa' una' mesura' del' nombre' total' de' molècules' d’un' gas' particular' que' incideix' en' una' unitat' de' superfície' de' la' superfície' alveolar'de' la'membrana'per' cada'unitat'de'temps,'i' la' pressió'parcial'del' gas' en' la'sang' representa' el' nombre' de' molècules' que' intentaran' escapar' des' de' la' sang' a' la' direcció' oposada.' Per' tant' la' diferència' entre' aquestes' dues' pressions' és' una' mesura' de' la' tendència'neta'a'que'les'molècules'de'gas'es'mouen'a'través'd'ela'membrana.'

' Capacitat'de'difusió'de'la'membrana'respiratòria'' La' capacitat' de' la' membrana' respiratòria' d’intercanviar' un' gas' entre' els' alvèols' i' la' sang' pulmonar' s’expressa' en' termes' quantitatius' per' la' quantitat' de' difusió' de' la' membrana' respiratòria,'que'es'defineix'com'el'volum'd’un'gas'que'difon'a'través'de'la'membrana'a'cada' minut'per'a'una'diferència'de'pressió'parcial'd’1mmHg.' Tots' els' factors' analitzats' abans' i' que' poden' influir' a' la' difusió' a' través' de' la' membrana' respiratòria'poden'influir'sobre'aquesta'capacitat'de'difusió' ' CAPACITAT'DE'DIFUSIÓ'DE'L’OXIGEN' En' condicions' de' repòs' és' de' 21' ml/min/min.' Però' si' sabem' que' la' diferència' de' pressió' de' l’oxigen' en' repós' és' d’11mmHg,' podem' veure' que' amb' aquesta' diferència' difonen' 231ml' d’oxigen' (11x21).' És' a' dir,' en' 1' min,' difonen' 230' ml' d’oxigen' a' través' de' la' membrana' respiratòria.'Això'és'igual'a'la'velocitat'a'la'que'el'cos'en'repòs'utilitza'l’oxigen' Durant' l’exercici' molt' intens' o' en' altres' situacions' que' augmentin' mol' el' flux' sanguini' pulmonar' i' la' ventilació' alveolar,' la' capacitat' de' difusió' de' l’oxigen' pot' augmentar' fins' a' a65ml/min/mmHg.'Aquest'augment'està'produït'per':' -

-

L’obertura' de' molts' capil·lars' pulmonars' prèviament' tancats' o' la' dilatació' addicional' de'capil·lars'ja'oberts,'augmentat'd’aquesta'manera'l’àrea'superficial'de'la'sang'cap'a' la'que'pot'difondre'l’oxigen' Un'millor'equilibri'entre'la'ventilació'dels'alvèols'i'la'perfusió'dels'capilç3lars'alveolars' amb'sang'(denominat'quocient'de'ventilació-perfusió)'

Per' tant,' durant' l’exercici,' l’oxigenació' de' la' sang' augmenta' no' només' per' l’augment' de' la' ventilació'alveolar'sinó'també'per'una'major'capacitat'de'difusió'de'la'membrana'respiratòria' per'transportar'l’oxigen'cap'a'la'sang' ' CAPACITAT'DE'DIFUSIÓ'DEL'DIÒXID'DE'CARBONI' No' se’n' sap' la' capacitat' de' difusió' del' CO2,' perquè' es' difon' amb' tant' rapidesa' que' les' tècniques'disponibles'no'serveixen'' Tot'i' això,'s’estima' que'és' ,' en' repòs,'d’uns' 400' a'450ml/min/mmHg'i' durant'l’exercici'd’uns' 1200'a'1300ml/min/mmHg' ' '

QUOCIENT'DE'VENTILACIÓ-PERFUSIÓ' Hi'ha'dos'factors'que'determinen'la'pressió'parcial'de'l’oxigen'i'del'CO2'en'els'alvèols:' -

La'velocitat'de'la'ventilació'alveolar' La' velocitat' de' la' transferència' de' l’oxigen' i' del' CO2' a' través' de' la' membrana' respiratòria'

Sempre's’ha'tingut'en'compte'que'tots'els'alvèols'estan'ventilats'per'igual'i'que'el'flux'sanguini' a'través'dels'capil·lars'alveolars'és'el'mateix'per'a'tots'els'alvèols' Però'no'sempre'és'així'(ex:'malalties).'Pot'passar'que'hi'hagi'zones'ben'ventilades'però'quasi' no'tenen'flux'sanguini,'o'que'tinguin'un'flux'sanguini'excel·lent'amb'una'ventilació'escassa'o' nul·la.'' En' qualsevol' d’aquestes' situacions' es' produeix' una'alteració'de'l’intercanvi'gasós'a'través'de'la' membrana' respiratòria,' i' la' persona' pot' patir' una' dificultat' respiratòria' tot' i' tenir' una' ventilació' total' normal' i' un' flux' sanguini' pulmonar'total'normal,'però'amb'la'ventilació'i' el' flux' sanguini' dirigits' a' diferents' parts' del' pulmó'' Per' poder' entendre' aquest' desequilibri' s’utilitza' el' terme' quocient' ventilació-perfusió,' que' s’expressa' com' a' Va/Q' a' on' Va=ventilació' alveolar,'i'Q=flux'sanguini' ' Va/Q=0' Es'dóna'quan'la'ventilació'és'0'però'continua'havent-hi'perfusió' L’aire' de' l’alvèol' arriba' a' l’equilibri' amb' l’oxigen' i' el' CO2' de' la' sang' perquè' aquests' gasos' difonen'entre'la'sang'i'el'gas'alveolar' Com' que' la' sang' perfunda' els' capil·lars'és' sang' venosa' que' torna' cap' als' pulmons' des' de' la' circulació'sistèmica,'els'gasos'alveolars's’equilibren'amb'els'gasos'd’aquesta'sang' ' Va/Q=infinit' Es'dóna'quan'hi'ha'ventilació,'però'la'perfusió'és'0'

L’aire' alveolar' és' igual' a' l’aire' inspirat,' perquè' l’aire' que' és'inspirat'no'perd' oxigen' cap'a' la' sang'i'no'guanya'CO2'des'de'la'sang,'i'com'que'l’aire'inspirat'humidificat'normal'té'una'pressió' parcial' d’O2' ' de' 149' mmHg' i' una' pressió' parcial' de' CO2' de' 0' mmHg,' aquestes' seran' les' pressions'parcial'd’aquest'2'gasos' ' Va/Q=normal' Es'dóna'una'hi'ha'una'ventilació'i''una'perfusió'normals' L’intercanvi'd’oxigen'i'de'CO2'és'quasi'òptim,'i'la'pressió'parcial'd’oxigen'(104mmHg)'i'de'CO2' (40mmHg)'són'un'entremig'de'la'pressió'de'la'sang'venosa'i'de'la'pressió'de'l’aire'inspirat' ' Va/Q'és'menor'de'lo'normal'à 'curtcircuit'fisiològic' Sempre' que' Va/Q' està' per' a' sota' de' lo' normal' hi' ha' una' ventilació' inadequada' per' aportar' l’oxigen'necessari'per'oxigen'completament'al'sang'que'flueix'a'través'dels'capil·lars'alveoslar' Per' tant,'certa' fracció' de' la' sang' venosa'que' atravessa' els' capil·lars'pulmonars'no' s’oxigena.' Aquesta'sang'es'denomina'sang'derivada.' 'A'més,'una'quantitat'addicional'de'sang'flueix'a'través'dels'vasos'bronquials'enlloc'de'a'través' dels'dcapil´3lars'alveolars.'Aquesta'sang'també'és'sang'no'oxigenada'i'derivada'' 'La'magnitud'quantitativa'total'de'sang'derivada'per'minut'es'denomina'curtcircuit'fisiològic' Com' major'sigui' el'curtcircuit'fisiològic,'major'és'la' quantitat'de' sang' que' no' s’oxigena'quan' passa'pels'pulmons' ' Va/Q'és'major'de'lo'normal'à 'espai'mort'fisiològic' Quan'la'ventilació'd’alguns'alvèols'és'gran'però'el'flux'sanguini'alveolar'és'baix'es'disposa'de' molt'més'oxigen'en'els'alvèols'del'que'es'pot'extreure'dels'alvèols'per'la'sang'que'flueix.'Es'diu' que'la'ventilació'd’aquests'alvèols'està'desperdiciada.'A'més'la'ventilació'de'les'zones'd’espai' mort'anatòmic'també'es'desperdicia'' Quan' l’espai' mort' fisiològic' és' gran,' bona' part' del' treball' de' la' ventilació' és' un' esforç' desperdiciat'perquè'd’una'elevada'proporció'de'l’aire'de'al'ventilació'mai'arriba'a'la'sang' ' '...