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 carbono.

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.

Veamos primero el intercambio de gases limitado por la perfusión.

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 rápidamente.

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 enfisema.

Solo en caso de difusión de oxígeno normal y corriente.

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 sangre.

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 N2O.