21.1A: Respiración externa
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La respiración es el transporte de oxígeno a las células dentro de los tejidos y el transporte de dióxido de carbono en la dirección opuesta.
Objetivos de aprendizaje
- Describir las cuatro etapas de la respiración externa
Puntos Clave
- La respiración externa describe el intercambio de gases entre el ambiente externo y el torrente sanguíneo.
- Los componentes de la respiración externa incluyen área de superficie alveolar, coincidencia de ventilación y perfusión, y gradientes de presión parcial.
- Los gradientes de presión parciales permiten que los gases fluyan de áreas de alta presión a áreas de menor presión.
- La ventilación y perfusión en los alvéolos deben equilibrarse para mantener un intercambio de gases eficiente.
Términos Clave
- difusión pasiva: El movimiento neto del material desde un área de alta concentración a un área de menor concentración sin ningún aporte de energía.
- perfusión: El suministro de sangre a los capilares alveolares que debe equilibrarse con la ventilación.
- Equilibrio: La tasa de cambio de los gases en los alvéolos y capilares se igualan entre sí al final del intercambio de gases.
Respiración Externa
La respiración externa es el término formal para el intercambio de gases. Describe tanto el flujo masivo de aire dentro y fuera de los pulmones como la transferencia de oxígeno y dióxido de carbono al torrente sanguíneo a través de la difusión. Si bien el flujo masivo de aire desde el ambiente externo ocurre debido a cambios de presión en los pulmones, los mecanismos de intercambio de gases alveolares son más complicados. Los tres componentes principales de la respiración externa son la superficie de la membrana alveolar, los gradientes de presión parcial de los gases y la correspondencia de perfusión y ventilación.
Superficie
Los alvéolos tienen una relación de área superficial a volumen muy alta que permite un intercambio de gases eficiente. Los alvéolos están cubiertos con una alta densidad de capilares que proporcionan muchos sitios para el intercambio de gases.
Las paredes de la membrana alveolar son delgadas y están cubiertas con una matriz extracelular fluida que proporciona una superficie para que las moléculas de gas en el aire de los pulmones se difundan hacia adentro, desde la cual luego pueden difundirse hacia los capilares.
Gradientes de presión parciales
Los gradientes de presión parcial (diferencias en la presión parcial) permiten la carga de oxígeno en el torrente sanguíneo y la descarga de dióxido de carbono fuera del torrente sanguíneo. Estos dos procesos ocurren al mismo tiempo.
Intercambio de gases en el alvéolo: La respiración externa es el resultado de gradientes de presión parcial, área de superficie alveolar y coincidencia de ventilación y perfusión.
El oxígeno tiene un gradiente de presión parcial de aproximadamente 60 mmHg (100 mmHg en aire alveolar y 40 mmHg en sangre desoxigenada) y se difunde rápidamente desde el aire alveolar hacia el capilar.
El equilibrio entre el aire alveolar y los capilares se alcanza rápidamente, dentro del primer tercio de la longitud del capilar dentro de un tercio de segundo. La presión parcial de oxígeno en la sangre oxigenada del capilar después de la carga de oxígeno es de aproximadamente 100 mmHg.
El proceso es similar en dióxido de carbono. El gradiente de presión parcial para el dióxido de carbono es mucho menor en comparación con el oxígeno, siendo solo 5 mmHg (45 mmHg en sangre desoxigenada y 40 mmHg en aire alveolar).
Con base en la ley de Henry, la mayor solubilidad del dióxido de carbono en la sangre en comparación con el oxígeno significa que la difusión seguirá ocurriendo muy rápidamente a pesar del menor gradiente de presión parcial. El equilibrio entre el aire alveolar y los capilares para el dióxido de carbono se alcanza dentro de la primera mitad de la longitud de los capilares dentro de medio segundo. La presión parcial del dióxido de carbono en la sangre que sale de los capilares es de 40 mmHg.
Coincidencia de Ventilación y Perfusión
El intercambio de gas y suministro de sangre a los pulmones debe equilibrarse para facilitar una respiración externa eficiente. Mientras que un severo desajuste ventilación-perfusión indica enfermedad pulmonar grave, los desequilibrios menores pueden corregirse manteniendo el flujo de aire que es proporcional al flujo sanguíneo capilar, lo que mantiene el equilibrio de ventilación y perfusión.
La perfusión en los capilares se ajusta a los cambios en PAO 2. La constricción en las vías respiratorias (como la de los broncoespasmos en un ataque de asma) conduce a una disminución de PAO 2 debido a que el flujo de aire hacia los pulmones se ralentiza.
En respuesta, las arterias que son suministradas por la vía aérea constreñida sufren vasocontricción, reduciendo el flujo de sangre hacia esos alvéolos para que la perfusión no sea mucho mayor en relación con la disminución de la ventilación (un tipo de desajuste ventilación-perfusión llamado derivación).
Alternativamente, respirar mayores concentraciones de oxígeno de un tanque de oxígeno provocará vasodilatación y aumento de la perfusión sanguínea en los capilares.
La ventilación se ajusta a partir de los cambios en PACO 2. Cuando el flujo de aire aumenta en relación con la perfusión, PACO 2 disminuye, por lo que los bronquiolos se contraerán para mantener el equilibrio entre el flujo de aire (ventilación) y la perfusión. Cuando se reduce el flujo de aire, PACO 2 aumenta, por lo que los bronquiolos se dilatarán para mantener el equilibrio.