1
Gases – Respiración Externa
Respiración
• Interna o Celular
•Externa
2
•Respiración Interna o Celular
- Común a casi todos los seres vivos
- Implica el intercambio de ciertos gases entre el
medio y las células.
- Utilización de un gas oxidante para la oxidación
de compuestos orgánicos.
- En la mayoría de las células implica la absorción
de O
2
y remoción de CO
2
.
- A cargo de las mitocondrias en células eucariotas.
• Respiración Externa
- Exclusiva de organismos pluricelulares.
- Se produce a través de mecanismos que permiten
el intercambio de los gases que participan en la
respiración interna entre el medio y el organismo.
- En el caso de organismos pluricelulares terrestres
estos mecanismos finalmente permiten el inter-
cambio de gases entre la atmósfera y los tejidos.
3
Respiración Externa
ETAPAS
• Ventilación o intercambio
de gases entre la atmósfera
y los alvéolos pulmonares
• Intercambio de O
2
y CO
2
entre el aire alveolar y la
sangre
• Trasporte de O
2
y CO
2
entre los pulmones y los
tejidos
• Intercambio de O
2
y CO
2
entre la sangre y los tejidos
Órganos de la cavidad torácica
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Sistema respiratorio
Bronquíolo y Alvéolo
5
Vías Aéreas
Propiedades y comportamiento
de los gases
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Variables de estado:
•Presión = Fuerza / área
⊥
P = F/S
Unidades: N/m
2
= Pascal, dina/cm
2
= Baria, atm, mmHg
• Volumen (V): espacio ocupado por la masa gaseosa.
Unidades: m
3
, dm
3
≡ L, cm
3
≡ ml
• Temperatura (t o T): relacionada con la energía cinética de
las moléculas que constituyen el gas.
Unidades: °C (t), K (T)
T (K) = 273,16 + t (°C )
• Composición: tipo y cantidad de sustancia en la masa
gaseosa.
Unidades: mol
número de moles = masa/masa molar n= m/M
r
•Ley de Boyle-Mariotte
a T= cte P.V = cte
o P
1
.V
1
= P
2
.V
2
= cte (T, m, nat gas)
•Ley de Charles-Gay Loussac
a P= cte V/T = cte
o V
1
/T
1
= V
2
/T
2
= cte (P, m, nat gas)
Modelo del gas ideal: Leyes
P
1
.V
1
/T
1
= P
2
.V
2
/T
2
o P.V/T = cte (m, nat gas)
7
Modelo del gas ideal: Leyes
• Hipótesis de Avogadro: volúmenes iguales de gases distintos en la mismas
condiciones de presión y temperatura tienen el mismo número de moléculas. En
particular, si el número de moléculas es N
A
(se trata de 1 mol de moléculas o sea
n=1) y las condiciones de P y T son las normales (CNPT, P = 1 atm y T = 273,16
K), todos los gases ocupan el mismo volumen (volumen molar) de 22, 4 L
P.V/T = cte = n.R (Ec. general de estado)
• Ley de Dalton de las presiones parciales: en una mezcla de gases, cada gas ejerce su
propia presión parcial. La presión parcial de un gas “i” (p
i
) en una mezcla de gases es la
presión que ejercería si estuviese solo (su propio número de moles n
i
) en las mismas
condiciones de volumen y temperatura de la mezcla.
p
i
= n
i
. R.T/V donde T y V temperatura y volumen de la mezcla
para la mezcla: P = n. R.T/V donde P y n son la presión y el número
moles totales (n = ∑ n
i
) de la mezcla
Relacionando: p
i
/P = n
i
/ n = x
i
(fracción molar del gas “i”) p
i
= x
i
. P
Sumando las p
i
: ∑p
i
= ∑(n
i
.R.T/V )=(RT/V)· ∑n
i
=n R.T/V = P P = ∑ p
i
La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada gas de la mezcla
Modelo del gas ideal: Leyes
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Modelo del gas ideal: Leyes
• Ley de Amagat de los volúmenes parciales: en una mezcla de gases, cada gas ocupa su propio
volumen parcial. El volumen parcial de un gas “i” (V
i
) en una mezcla de gases es el volumen
que ocuparía si estuviese solo (su propio número de moles n
i
) en las mismas condiciones de
presión y temperatura de la mezcla.
V
i
= n
i
.R.T/P donde T y P temperatura y volumen de la mezcla
para la mezcla: V = n.R.T/P donde V y n son el volumen y el número de moles
totales (n = ∑ n
i
) de la mezcla
relacionando: V
i
/V = n
i
/ n = x
i
(fracción molar del gas “i”)
La fracción en volumen de un componente es la fracción molar del mismo.
recordando que el porcentaje volumen en volumen (%V/V) de un componente es el volumen
ocupado por ese componente por cada cien volúmenes de mezcla concluimos que:
%V/V = V
i
/V .100 %V/V = x
i
. 100
Ley de Henry: solubilidad de gases en líquidos
Los gases se disuelven en líquidos. A una dada temperatura, la concentración máxima
alcanzada por el gas en la fase líquida (su solubilidad) depende de la presión parcial del gas
en la fase gaseosa en contacto con el líquido. Por ejemplo, para el CO
2
:
9
Constantes de Henry para algunos gases en agua
A mayor constante de Henry mayor es la solubilidad del gas en el líquido
La solubilidad de los gases en líquidos disminuye
con el aumento de la temperatura y aumenta con
el aumento de la presión en fase gaseosa
Ley de Henry: solubilidad de gases en líquidos
Entonces, como medida de la
concentración de un dado gas
en un líquido, podemos hablar
directamente de la presión parcial
con la que está en equilibrio ese
gas en fase gaseosa en contacto con
el líquido, a una dada temperatura.
¿Qué significa afirmar que la pCO
2
en sangre es de 46 mmHg?
10
Difusión:
Partiendo de un sistema en el cual existen gradientes de presión, y por lo tanto de
concentración, de uno o más gases de una solución, la difusión es el proceso por el cual se tiende
espontáneamente a uniformar la presión o concentración en toda la extensión de la solución.
Las moléculas de los gases difunden espontáneamente desde zonas de mayor presión parcial o
concentración a zonas de menor presión parcial o concentración del componente en cuestión.
• Ley de Fick: la cantidad de materia que atraviesa una sección perpendicular a la
dirección de movimiento en la unidad de tiempo (velocidad de pasaje) es propocional al
gradiente de concentración.
El gradiente de concentración (C
1
-C
2
/L) es la variación de la concentración con la
distancia.
m/t = - D. S. (C
1
-C
2
)/L
donde: m es la masa o número de moles; t el tiempo; S es la superficie; L la distancia entre los
puntos 1 y 2 con concentraciones C
1
y C
2
; D coeficiente de difusión.
Equivalente de la ley de Fick expresada en presiones parciales:
m/t = - K. S. (p
1
-p
2
)/L
La velocidad de difusión de moléculas en fase gaseosa es mucho mayor que en medios
líquidos.
La primera ley de Fick es la que describe matemáticamente el proceso de difusión:
11
Ventilación
Respiramos aire atmosférico
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la tierra y ejerce una
fuerza (su peso) sobre la superficie terrestre (presión).
A nivel del mar y 45° de latitud, la presión es de 760 mmHg ≡ 1 atm y
varía con la posición en el globo terraqueo: desciende con la altitud y se
incrementa con la latitud.
Está compuesta por (%V/V):
20,93 % de O
2
0,03 % de CO
2
79,04 % de N
2
y otros gases inertes
Si hay vapor de agua, disminuyen proporcionalmente todos los
porcentajes.
12
Medida de la presión atmosférica
P
atm
vacío
En condiciones de equilibrio estático,
la fuerza ejercida por el peso de la
atmósfera sobre la superficie libre del
mercurio (presión atmosférica) es
equivalente al peso ejercido por la
columna de mercurio encerrada en el
tubo sobre la superficie del mismo (s)
1 atm = m
Hg
.g/s = δ
Hg
.g.V
Hg
/s =
= δ
Hg
.g.s. h
Hg
/s = δ
Hg
.g.h
Hg
= ρ
Hg
.h
1 atm = 760 mmHg
Experiencia de Torricelli
Presiones parciales de los gases atmosféricos (en mmHg)
Aire seco Aire saturado con
vapor de H
2
O a 37°C
O2 160 139
CO2 0,3 0,3
N2 y otros 600 574
H
2
O47
13
Presión transmural (P
tr
)
Es la diferencia entre la presión en la cavidad de un órgano (P
i
) y la
exterior ejercida por las estructuras que rodean al órgano (P
e
):
P
tr
= P
i
-P
e
En los pulmones a la P
tr
se la denomina presión transpulmonar (P
trp
) y
su valor al final en la espiración tranquila es aproximadamente:
P
trp
=P
i
(en la cavidad) - P
e
(en el espacio pleural) =760 mmHg - 755
mmHg =5 mm Hg
En condiciones estáticas la P
trp
es contrarrestada por las fuerzas de
retracción elástica del sistema pulmones-tórax.
La fuerza de retracción elástica es la que determina la existencia de una presión
subatmosférica en la cavidad pleural e incluye 2 componentes principales:
• las fuerzas ejercidas por las fibras elásticas del parénquima pulmonar
• la tensión superficial en la interfase aire alveolar-alvéolo que, por la geometría
alveolar (burbujas de radio pequeño), tiende a colapsar las cavidades alveolares.
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El aire entra en los pulmones y sale de ellos mediante los
movimientos respiratorios que son dos: Inspiración - Espiración
Inspiración (activa) Espiración (pasiva)
Diafragma e intercostales
externos contraídos
El volumen torácico aumenta
La presión intrapulmonar disminuye
Retracción elástica de los pulmones
El volumen torácico disminuye
La presión intrapulmonar aumenta
Entra aire Sale aire
Diafragma e intercostales externos relajados
Ciclo Respiratorio
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Volúmenes y Capacidades Respiratorias
VRI
VRE
Distensibilidad de los pulmones y la caja torácica
Es una medida estática de la
retracción pulmonar y del tórax.
∆ V
∆ P
= distensibilidad
o adaptabilidad
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