Leyes de los Gases y su Aplicación a la Fisiología Respiratoria

Las leyes de los gases afectan a las reacciones del cuerpo cuando hay cambios de presión atmosférica, temperatura y volumen. Complementando la ley de Boyle-Mariotte existe una ley (de Gay-Lussac) que establece la relación entre el volumen y la presión a que está sometido un gas y su temperatura en el sentido de que presión multiplicada por el volumen y dividido por la temperatura es constante, si bien la relación con la temperatura no es muy importante en la función respiratoria humana, ya que el aire inspirado se calienta antes de llegar a los pulmones a una temperatura prácticamente constante. Según la ley de Charles, el volumen de un gas siempre que la presión sea constante, es proporcional a su temperatura. Cuando los gases penetran en los pulmones si que están más calientes que el exterior y la presión es igual que la atmosférica, se expanden y aumenta ligeramente el volumen pulmonar. El aire inspirado, procedente de la atmósfera (rico en oxígeno y pobre en anhídrido carbónico) sabemos que se mezcla con el aire del espacio muerto (pobre en oxígeno y rico en dióxido de carbono) y que a su paso por las vías respiratorias altas se va humedeciendo. Si a esto le añadimos que continuamente se está produciendo una extracción de oxígeno del aire alveolar y una incorporación mantenida de anhídrido carbónico procedente de la sangre al aire alveolar, es lógico pensar que la composición del aire atmosférico y del aire alveolar no es la misma y que al variar el porcentaje de cada gas en la mezcla, también lo hará la presión parcial de cada gas en el alvéolo. Otra variable que interviene en el proceso de difusión de los gases respiratorios es el coeficiente de solubilidad de cada gas. Los gases pasa difundirse deben disolverse en los tejidos corporales, constituidos básicamente por agua. El índice de difusión de un gas a través de la membrana respiratoria es: directamente proporcional al área de superficie, a la solubilidad de ese gas para pasar por la membrana pulmonar y a las presiones parciales, e inversamente proporcional al espesor de la membrana que tiene que atravesar y a la raíz cuadrada del peso molecular del gas. La sangre venosa que procede de todos los tejidos del organismo es pobre en oxígeno, siendo la presión parcial del oxígeno de 40 mm Hg. Esta sangre crea un gradiente de presión que favorece el paso de oxígeno desde el alvéolo (104- 105 mm Hg) al capilar pulmonar. A la salida del capilar, la sangre ya oxigenada eleva su presión parcial de oxígeno aproximadamente uno 100 mm Hg. Con el anhídrido carbónico ocurre al contrario, es decir, la sangre venosa va recogiendo el anhídrido carbónico producido por los tejidos y a la entrada en los capilares pulmonares la presión parcial es de 45- 46 mm Hg, como en el alvéolo la presión parcial de este gas es menor, existe un gradiente que favorece el que el anhídrido carbónico deje el capilar para ir hacia el alvéolo y ser expulsado en la espiración. Este gradiente de presión es menor que el que necesita el oxígeno para difundirse pero es suficiente ya que el coeficiente de solubilidad del anhídrido carbónico es mucho mayor que el del oxígeno. El último proceso de la respiración es el de la respiración interna, también denominada respiración tisular.    La sangre que llega al corazón una vez oxigenada es bombeada por el ventrículo izquierdo hacia la aorta y de ahí hacia todas las células del organismo. Se produce entonces el intercambio de gases entre los capilares sanguíneos de los tejidos y las células de tal forma que la sangre se convierte en sangre pobre en oxígeno y con más anhídrido carbónico. Los gases tienen que pasar de la sangre a las células, en el caso del oxígeno, para ofrecerse a las mismas a fin de poder obtener energía aeróbica en los procesos metabólicos, y el anhídrido carbónico producido en el interior de las células producto de los procesos metabólicos, debe de alcanzar los alvéolos para ser eliminado por la respiración. A los capilares de los tejidos llega la sangre oxigenada con una presión parcial de oxígeno de 105 mm Hg, como la presión parcial del oxígeno en las células de los tejidos es menor (entre 10 y 30 mm Hg) porque la célula lo consume rápidamente, el gas tiende a difundirse hacia el líquido intersticial y las células hasta que la presión parcial del oxígeno en la sangre baja a los niveles con los que entra en el torrente circulatorio venoso ( 40 mm Hg). El recorrido del anhídrido carbónico es en sentido contrario del que hace el oxígeno, ya que la presión parcial de CO2 en las células de los tejidos es mayor que la de la sangre arterial y, sin ser tan grande la diferencia de presiones, la difusión se ve facilitada por el alto coeficiente de solubilidad que tiene este gas. A medida que pasa anhídrido carbónico de las células a la sangre, la presión parcial del CO2en sangre va aumentando hasta llegar a los niveles que tiene la sangre venosa del capilar (45 mm Hg). Esta sangre es llevada de en dirección centrípeta hacia el corazón derecho, desde donde es bombeada hacia los pulmones e iniciar un nuevo ciclo respiratorio.