Biofisica de la respiracion

BIOFÌSICA DE LA RESPIRACIÒN Los seres vivos necesitan para la vida un suministro constante de oxìgeno y de capacidad para excretar CO2 al medio ambiente.

El mecanismo que describe la transferencia de gases entre el sistema respiratorio y la atmòsfera se denomina respiraciòn externa o hematosis

Para que los gases lleguen a la cèlula o salgan a la atmòsfera, se necesita un sistema de transporte: el sistema circulatorio.

La respiraciòn interna o hìstica .- Es el intercambio de oxìgeno por diòxido de carbono entre la sangre y la cèlula.

Por lo tanto para que cumplan las funciones pulmonares es necesaria la concurrencia del sistema de circulaciòn sanguìnea.

Una caracterìstica del aparato respiratorio es que tanto el aire que entra como el que sale atraviesa el mismo sistema de tubos.

Los tubos van desde la narìz y boca a una cavidad que contiene los pulmones.

Los pulmones son bolsas elàsticas que se ubican dentro de una caja rìgida, que es el toràx, con la pared externa del pulmòn muy cercana a la pared interna de la caja toràcica.

El volumen interno de la caja toràcica es mayor que el volumen del pulmòn colapsado.

Por esa razòn, los pulmones son empujados hacia fuera e inflados con aire gracias a la presencia de la presiòn atmosfèrica.

Los pulmones tienden a colapsarse, pero se mantienen inflados gracias a la acciòn de la presiòn intra pulmonar

La presiòn en el interior de los pulmones, PIP varìa por encima y por debajo de la atmosfèrica.  Es positiva, o sea mayor que la atmosfèrica, durante la espiraciòn; y negativa en la inspiraciòn.  El flujo de aire cumple con la Ley de Boyle & Mariotte.  P1 x V1 = P2 x V2 = Pn x Vn = contante

Conclusiòn: Si el volumen aumenta, la presiòn disminuye y viceversa.

Las variaciones del volumen intrapulmonar dan lugar a variaciones de la presiòn intrapulmonar.  En la inspiraciòn la PA > PIP, gracias a esa gradiente de presiòn, el aire atmosfèrico se ve forzado a ingresar hacia los pulmones; dilatàndolos, hasta cuando se alcanza el equilibrio con la elasticidad.

Si asuminos que los pulmones tienen forma esfèrica, al tèrmino de la inspiraciòn el radio del alvèolo alcanza su valor màximo y según la ley de Laplace, la tensiòn de la pared pulmonar tambièn alcanza su màximo valor ( tiende a estallar al pulmòn), pero se complementa con la elasticidad de la pared.

Durante la espiraciòn.- Ocurre lo contrario; el volumen de los pulmones disminuye y aumenta la presiòn intrapulmonar y el aire sale desde los pulmones hacia la atmòsfera. PIP > AT. Si se detiene la respiraciòn: PA = PIP en consecuencia no hay flujo de aire.

Presión parcial.- Es la ejercida por un gas en una mezcla. En la que cada gas ejerce su propia presiòn.

La presión total es la suma de las presiones parciales (Ley de Dalton) Presión de vapor.- Es la necesaria para que el estado líquido coexista con el de vapor,

La presiòn de vapor depende de la temperatura, ejemplo: A 760 mmHg y 100 de T° hierve el agua es un fenòmeno de ebulliciòn o masa.

A 47 mmHg y 37 °C El agua se evapora es un fenòmeno de superficie.

PRESIONES PARCIALES (mmHg) GAS

EN LA ATMÃ’SFERA

AIRE ALVEOLAR

AIRE ESPIRADO

O2

158

100

118

N2

596

573

565

CO2 V DE AGUA

0.3 5.5

40 47

32 47

Del cuadro se concluye:  El O2 tiene tendencia a permanecer en el espacio alveolar.  El CO2 tiende a salir de ese espacio.

 El N no interviene en el proceso de la respiraciòn, pero desempeña un papel de “acarreador” de los otros gases.

 El organismo pierde constantemente agua en forma de vapor.

Procesos Fìsicos Quìmicos en el intercambio gaseoso En la hematosis y en el àmbito de los alvèolos pulmonares el O2 pasa, desde el aire alveolar hacia la sangre. El CO2 tiene el sentido contrario.

Gracias a ese fenòmeno la sangre venosa, cargada de CO2 se transforma en sangre arterial, rica en oxìgeno.

El factor principal para esta transformaciòn es la diferencia de presiòn, La hematosis se produce ademàs de las Pp, con la concurrencia de otros factores

Las estructuras interpuestas entre el aire alveolar y la sangre del capilar, representadas por:

 Membrana alveolar  Liquido intersticial  Membrana capilar  Plasma sanguìneo  Membrana del glòbulo rojo.

 La hematosis depende de las membranas y de su permeabilidad; asì como de la disoluciòn de los gases en el lìquido intersticial y el plasma.  En el aire alveolar sus componentes tiene su propia presiòn parcial que depende de su concentraciòn. Una mezcla gaseosa pobre en O2, no proporcionarà las condicones para la hematosis

 La PO2 en el alvèolo es de 100 mmHg, mientras que en la sangre alveolar es de 47 mmHg; hay condiciones para la tranferencia de O2, desde la mayor hacia la menor.  El paso gaseoso a travès de las membranas obedece a la LEY DE GRAHAM:

“ La velocidad de paso de un gas a travès de membranas es inversamente proporcional a la raìz cuadrada de su peso molecular”.

Por esta razòn el O2 es un 15% màs ràpido que el CO2, en su paso a travès de las membranas. Debido a los lìquidos interpuestos en el paso de los gases, hay que considerar su sulubilidad, de acuerdo con la LEY DE EXNER.

“ La velocidad de paso de un gas, en fases lìquidas, es directamente proporcional a su coeficiente de solubilidad e inversamente proporcional a la raìz cuadrada de su densidad.”

El coeficiente de solubilidad del CO2 es màs alto que el del O2, por èsta razòn el CO2 es 20 veces màs ràpido que el O2, en su paso a travès de los lìquidos

 Finalmente atravesando todos los obstàculos, el O2 se coloca junto a la molècula de hemoglobina, a la que se unirà en una estructura dèbil, si hay una presiòn suficiente, para formar la oxihemoglobina. El CO2 siguiendo los mismos fenòmenos llegarà al alvèolo.

ACARREO DE GASES Los gases son transportados quìmica y fìsicamente, el medio de transporte es la sangre.

Quimicamente en forma de compuestos y fìsicamente disueltos en el plasma.

Siendo el transporte quìmico el mas eficiente.

TRANSPORTE DEL OXÌGENO El O2 como parte de la oxihemoglobina se transporta, en forma quìmica, hacia las cèlulas.

El enlace entre el O2 y el àtomo de hierro que està presente en la hemoglobina se caracteriza por ser de baja energìa, y como tal desaparece apenas cambian las condicones de presiòn temperatura y PH que propiciaron su formaciòn.

La formaciòn de molèculas de oxihemoglobina es : Fm Ohb = PpO2 * PH / T°.

La PO2 mìnima para la formaciòn de Ohb es de 20 mmHg. Si consideramos que:  La PO2 en los alvèolos es de 100mmHg mientras que en la sangre venosa es de 47 mmHg.

ďƒ˜ La temperatura en el interior del espacio alveolar es ligeramente menor que en los tejidos; se concluye que la formaciòn de la mayor parte de Ohb tiene lugar en los pulmones.

TRANSPORTE DEL CO2 Se transporta quimicamente formando:  Los carbonatos del plasma  Unido a los grupos amina de la Ohb, formando los carbonatos

 Âcido carbònico y, fìsicamente Disuelto en el plasma.

El organismo produce alrededor de 200 ml de CO2 en cada minuto.  De esos 200 ml de CO2 / Minuto, apenas 1.8 ml/ minuto se disuelve en el plasma. El resto (198 ml/minuto) son transformados quìmicamente.  No todo el CO es transportado hacia los alvèolos; una pequeña cantidad permanece en el interior celular en forma de soluciòn.

RESPIRACIÒN CELULAR. Es el interambio de gases entre la sangre y la cèlula.

La disociaciòn de la Ohb, ( disminuciòn de la PO2 y por el aumento de la temperatura en los tejidos), da lugar a procesos metabòlicos que se traducen en una alta producciòn de CO2.

El CO2 interviene en la restauraciòn de los carbonatos, para asegurar el equilibrio àcido bàsico.  La membrana celular es altamente permeable al bicarbonato (HCO-3) y al cloro. Poco permeable al sodio y potasio.  El cloro es màs abundante en el espacio extracelular, mientras que en el interior abunda el bicarbonato

Debido a la permeabilidad de la membrana celular se establece un intercambio entre el cloro y el bicarbonato, produciendose el transporte del CO2.

SUERTE A TODOS ‌!