La difusión pulmonar de O2 y CO2

Membrana alvéolo-capilar
Docente: Luisa Amaya Lau
 Aparato respiratorio
El aparato respiratorio, según su
estructura consta de dos porciones:
1. Aparato respiratorio superior:
- nariz, cavidad nasal, faringe y
estructuras asociadas.
2. Aparato respiratorio inferior:
- laringe
- tráquea
- bronquios
- pulmones
 Alvéolos
Alrededor de los conductos alveolares hay numerosos alvéolos y sacos
alveolares.
Un alvéolo es una evaginación con forma de divertículo revestida de epitelio
pavimentoso simple y sostenida por una membrana basal elástica delgada.
Un saco alveolar consiste en dos o más alvéolos que comparten la
desembocadura.
Las paredes de los alvéolos tienen dos tipos de células epiteliales:
- Células alveolares tipo I: son las más numerosas y son células epiteliales
pavimentosas simples que forman un revestimiento casi continuo,
constituyen el sitio principal de intercambio gaseoso.
-Células alveolares tipo II: o células septales, son más escasas y se disponen
entre las de tipo I. Son células epiteliales redondeadas o cúbicas cuyas
superficies libres contienen microvellosidades y secretan líquido alveolar
que mantiene húmeda la superficie entre las células y el aire y contiene
surfactante que es una mezcla compleja de fosfolípidos y lipoproteínas que
disminuye la tensión superficial del líquido alveolar, lo que a su vez reduce la
tendencia de los alvéolos a colapsar y de esta manera mantiene su
permeabilidad.
-Los macrófagos alveolares
-Fibroblastos
Debajo de la capa de células tipo I hay una membrana basal elástica. Sobre la
superficie externa de los alvéolos, la arteriola y la vénula del lobulillo
constituyen una red de capilares sanguíneos compuesta por una sola capa de
células endoteliales y una membrana basal.
dipalmitoil-lecitina
 Componentes estructurales de un alvéolo
La membrana respiratoria está formada por 4 capas: una capa de células alveolares tipo I y tipo II, la
membrana basal epitelial, la membrana basal capilar y el endotelio capilar (0,5 m)

El intercambio de O2 y
CO2 entre los espacios
aéreos en los pulmones y
la sangre tiene lugar por
difusión, a través de las
paredes alveolares y
capilares, que juntas
forman la membrana
respiratoria.
 Barrera alvéolo-capilar
• A través de la pared que delimita el
alvéolo se produce el intercambio
gaseoso, la barrera alvéolo-capilar está
formada por las siguientes estructuras:
• Surfactante pulmonar, en la superficie
alveolar.
• Neumocitos tipo I, del epitelio
alveolar.
• Lámina basal del neumocito. Espacio intersticial
• Lámina basal del endotelio capilar, en Se encuentra entre la membrana basal de
muchas ocasiones fusionada con la los neumocitos y la membrana basal del endotelio de
lámina basal del neumocito. los capilares sanguíneos, forma los tabiques
• Célula endotelial de la pared capilar. interalveolares. Está formado por tejido conjuntivo y
contiene diferentes tipos de células, entre
ellas macrófagos y fibroblastos, dispone de una matriz
formada por fibras de colágeno y fibras elásticas.
 Difusión pulmonar

Es el intercambio de gases a través de la

barrera alveolo-capilar (en los pulmones).
Permite:
(a) aportar oxígeno a la sangre para restituir
el que se ha agotado al nivel de los tejidos y
que se utiliza para el metabolismo aeróbico;
(b) eliminar el dióxido de carbono producido
como metabolito del metabolismo (aeróbico
y anaeróbico) y que es transportado en la
sangre venosa.
Los gases O2 y CO2 difundirán a través de la
membrana alveolo-capilar en función de sus
presiones parciales.
 Intercambio de O2 y CO2
El intercambio de O2 y CO2 entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se
produce por difusión pasiva, que depende del comportamiento de los gases,
siguiendo las leyes de Dalton y Henry.
La ley de Dalton es importante para entender la forma en que los gases se
mueven, según sus diferencias de P por difusión.
La ley de Henry ayuda a explicar la relación entre la solubilidad de un gas y la
difusión.
La ley de Dalton o ley de las presiones parciales establece que la presión de
una mezcla de gases, que no reaccionan químicamente, es igual a la suma de
las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si sólo uno ocupase
todo el volumen de la mezcla, sin variar la temperatura. Es muy útil para
determinar la relación entre las presiones parciales y la PT de una mezcla.
La ley de Henry enuncia que a una T constante, la cantidad de gas disuelta en
un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese
gas sobre el líquido.
De acuerdo con la ley de Dalton, cada gas en una mezcla de gases ejerce su propia
presión como si fuera el único: presiones parciales.
Aire atmosférico es una mezcla de gases:
N2 (78,6%), O2 (20,9%), Ar (0,93), CO2 (0,04%), cantidades variables de vapor de agua
y otros gases presentes en pequeñas cantidades (0,06%).
La cantidad de agua varía (0% en desierto hasta 4% en océano), el promedio es 0,4%
en un día fresco y seco.

En consecuencia las P parciales de los gases en el aire inspirado son:

Las presiones parciales determinan el desplazamiento del O2 y del CO2 entre la
atmósfera y los pulmones; entre los pulmones y la sangre; y entre la sangre y las
células corporales.
Cada gas difunde a través de una membrana permeable, desde el área con mayor
presión parcial hacia el área con menor PP.
Cuanto mayor es la diferencia en la PP, más rápida es la difusión.
En comparación con el aire inspirado, el aire alveolar tiene menos O2 (13,6 versus
20,9%) y más CO2 (5,2% versus 0,04%) por dos razones:
1. El intercambio gaseoso en los alvéolos  contenido de CO2 y  O2 alveolar.
2. Cuando el aire se inspira, se humidifica al pasar por la cubierta mucosa húmeda. A
medida que  el contenido de vapor de agua en el aire, el % relativo de O2 .
En cambio el aire espirado contiene más O2 que el aire alveolar (16%) y menos CO2
(4,5%) porque parte del aire espirado se encontraba en el espacio muerto anatómico y
no participó en el intercambio gaseoso.
El aire espirado es una mezcla de aire alveolar y aire inspirado que estaba en el
espacio muerto anatómico.
La ley de Henry establece que la cantidad de gas que se va a disolver en un líquido es
proporcional a la PP del gas y a su solubilidad. En los líquidos corporales, la capacidad
de un gas de mantenerse en solución es mayor, cuando su PP es más alta y cuando
tiene una solubilidad elevada en agua. Cuanto  es la PP de un gas sobre un líquido y
cuanto  es su solubilidad, más % de un gas permanece en solución.
En comparación con el O2, una proporción mucho mayor del CO2 se disuelve en el
plasma porque su solubilidad es 24 veces mayor que la del O2.
Aunque el aire ambiente contiene sobre todo N2, este gas no ejerce un efecto
conocido sobre las funciones del cuerpo y a la presión existente sobre el nivel del mar
se disuelve muy poco en el plasma sanguíneo, dado que su solubilidad es muy baja.
 Respiración externa
O intercambio pulmonar de gases, es la difusión de O2 desde el aire presente en los alvéolos
pulmonares a la sangre, en los capilares pulmonares, y la difusión del CO2 en la dirección
opuesta. Esto convierte la sangre desoxigenada (con bajo contenido de O2) proveniente del VD
en sangre oxigenada (saturada con O2), que vuelve a la AI. A medida que la sangre fluye a través
de los capilares pulmonares, capta O2 del aire alveolar y descarga CO2 en este mismo medio.
Cada gas difunde independientemente desde el área donde su PP es mayor hacia el área donde
su PP es menor.
En una persona en reposo el O2 difunde desde el aire alveolar (PP 105 mmHg) hacia la sangre en
los capilares pulmonares (PPO2=40 mmHg). Cuando se hace ejercicio la PO2 del individuo es más
baja porque las fibras musculares que se contraen utilizan más O2. La difusión continúa hasta
que la PO2 de la sangre capilar pulmonar aumenta hasta alcanzar la PO2 del aire alveolar (105
mmHg). Como la sangre que sale de los capilares pulmonares cerca de los espacios aéreos
alveolares se mezcla con un pequeño volumen de sangre que atravesó los conductos del aparato
respiratorio, donde no se produce intercambio gaseoso, la PO2 de la sangre en las venas
pulmonares es algo menor que la PO2 en los capilares pulmonares (100 mmHg).
Mientras el O2 difunde desde el aire alveolar hacia la sangre desoxigenada, el CO2 lo hace en la
dirección opuesta. La PCO2 de la sangre desoxigenada es de 45 mmHg en una persona en reposo,
mientras que la del aire alveolar es de 40 mmHg. A causa de esta diferencia, el CO2 difunde
desde la sangre desoxigenada hacia los alveolos hasta que la PCO2 de la sangre disminuye a 40
mmHg. La espiración mantiene la PCO2 alveolar en 40 mmHg. La sangre oxigenada que retorna a
la AI a través de las venas pulmonares tiene entonces una PCO2 de 40 mmHg.
El número de capilares cercanos a los alvéolos pulmonares es muy grande y la
sangre fluye con la suficiente lentitud para captar una cantidad máxima de
O2. Durante el ejercicio intenso, cuando el GC se , la sangre fluye con mayor
rapidez, tanto a través de los cap sistémicos como pulmonares y el tiempo de
tránsito de la sangre en los cap pulmonares se acorta. De todas formas la PO2
de la sangre en las venas pulmonares alcanza en CN 100 mmHg. En
enfermedades que disminuyen la difusión gaseosa, la sangre puede no
alcanzar un equilibrio completo con el aire alveolar, sobre todo durante el
ejercicio, en este caso la PO2  y la PCO2  en la sangre arterial sistémica.
 Respiración interna
Se produce en todos los tejidos del cuerpo. El VI bombea sangre oxigenada hacia
la aorta y a través de las arterias sistémicas en dirección a los capilares sistémicos.
El intercambio de O2 y CO2 entre los cap sistémicos y las células se llama
respiración interna o intercambio de gases sistémico. A medida que el O2
abandona el torrente sanguíneo, la sangre oxigenada se convierte en sangre
desoxigenada.
La PO2 de la sangre bombeada hacia los capilares sistémicos es mayor (100
mmHg) que la PO2 en las células (40 mmHg en reposo) porque las células utilizan
constantemente O2 para producir ATP. Debido a esta diferencia de P, el oxígeno
difunde desde los capilares hacia las células y la PO2 de la sangre alcanza 40
mmHg cuando la sangre abandona los capilares sistémicos.
El CO2 se mueve en la dirección opuesta. Como las células producen
continuamente CO2, la PCO2 celular (45mmHg) es más alta que la de la sangre
capilar sistémica (40 mmHg), entonces el CO2 difunde desde las células a través
del líquido intersticial hacia los capilares sistémicos hasta que la PCO2 en la sangre
aumenta a 45 mmHg. La sangre desoxigenada regresa al corazón y es bombeada
hacia los pulmones para reanudar otro ciclo de respiración externa.
Cambios en las presiones parciales de O2 y CO2 (mmHg) durante la respiración
externa e interna
En una persona en reposo, las células sólo necesitan en promedio un 25% del
O2 disponible en la sangre oxigenada. La sangre desoxigenada retiene el 75%
de su contenido de O2 y durante el ejercicio difunde más O2 desde la sangre
a las células metabólicamente activas (fibras músculo esquelético en
contracción). Las células activas utilizan más O2 para la producción de ATP, lo
que desciende el contenido de O2 en la sangre desoxigenada hasta menos de
75%.
 El índice de intercambio gaseoso pulmonar y sistémico
depende de diversos factores:
1. Diferencia de presión parcial de los gases
La PO2 alveolar debe ser mayor que la PO2 sanguínea para que el oxígeno difunda desde el
aire alveolar hacia la sangre. La tasa de difusión es más rápida cuando la diferencia entre la
PO2 en el aire alveolar y la sangre que circula por el capilar pulmonar es mayor y viceversa.
Esta diferencia aumenta durante el ejercicio. Las PP de O2 y CO2 en el aire alveolar también
dependen de la velocidad del flujo aéreo que ingresa y sale de los pulmones.
Ciertos fármacos (morfina) reducen la velocidad de la ventilación y disminuyen de esta
manera la cantidad de O2 y CO2 que puede intercambiarse entre el aire alveolar y la sangre.
Al aumentar la altitud, la presión atmosférica total disminuye y también la PP de O2 de 159
mmHg sobre el nivel del mar a 110 mmHg a 3048 m y a 73 mmHg a 6100m de altura.
Aunque la cc del O2 en el aire inspirado sigue siendo 20,9%, la PO2 del aire inspirado
disminuye con el aumento de la altitud. La PO2 alveolar se reduce de la misma manera y el
O2 difunde hacia la sangre a menor velocidad. Los signos y síntomas más frecuentes de la
enfermedad de la altura, como disnea, cefalea, cansancio, insomnio, náuseas y vértigo, se
deben al menor nivel de oxígeno en la sangre.
 2. Superficie disponible para el intercambio gaseoso
La superficie de los alvéolos es muy grande (cerca de 70 m2). Asimismo muchos
capilares rodean a cada alvéolo de manera que en todo momento 900 mL de sangre
estarían disponibles para participar en el intercambio gaseoso. Cualquier trastorno
pulmonar que disminuya la superficie funcional de las membranas respiratorias
reduce la velocidad de la respiración externa. Por ej. enfisema.
3. Distancia de difusión
La membrana respiratoria es muy delgada, por lo que la difusión se produce
rápidamente. Asimismo los capilares son tan estrechos que los GR deben pasar en fila,
lo que reduce la distancia de difusión entre el espacio aéreo alveolar y la Hb en el
interior de los GR.
En el edema pulmonar en el que hay acumulación de líquido intersticial entre los
alveolos, disminuye la velocidad del intercambio gaseoso porque aumenta la distancia
de difusión.
4. Peso molecular y solubilidad de los gases
Como el O2 tiene un PM menor que el CO2, es de esperar que difunda a través de la
membrana respiratoria a una velocidad 1,2 veces mayor. Sin embargo, la solubilidad
del CO2 en las porciones líquidas de la membrana respiratoria es aprox. 24 veces
mayor que la del O2. Si se tiene en cuenta estos dos factores, la difusión neta del CO2
hacia el exterior es 20 veces más rápida que la difusión del O2 hacia el interior. En el
edema pulmonar y en el enfisema (difusión más lenta de lo normal) se presenta la
hipoxia antes que la hipercapnia.
 Transporte de O2
El Oxígeno no se disuelve fácilmente en el agua, de manera que sólo el 1,5% del
O2 inspirado se disuelve en el plasma, compuesto en su mayor parte por agua.
Cerca del 98,5% del O2 de la sangre está unido a la Hb en los GR.
Cada 100 mL de sangre oxigenada contiene el equivalente a 20 mL de O2 gaseoso.
Entonces la cantidad disuelta en el plasma es de 0,3 mL y la cantidad unida a la Hb
es 19,7 mL.
La porción hemo de la Hb contiene 4 átomos de hierro, c/u capaz de unirse a una
molécula de O2.
El oxígeno y la Hb se unen en una reacción fácilmente reversible para formar
oxihemoglobina:

El 98,5% del O2 unido a la Hb está atrapado dentro de los GR, de modo que sólo el
O2 disuelto (1,5%) puede difundir fuera de los capilares y dentro de las células.
 Transporte del CO2
En condiciones normales, en reposo, 100 mL de sangre desoxigenada contienen el equivalente a 53 mL de CO2
gaseoso, que se transporta en la sangre en tres formas principales:
- CO2 disuelto: alrededor del 7%
- Compuestos carbamínicos: cerca del 23% se combina con los grupos amino de los aa y las proteínas de la
sangre para formar compuestos carbamínicos. Carbaminohemoglobina (Hb-CO2)

- Iones bicarbonato: el 70% del CO2 se transporta en el plasma como iones bicarbonato (HCO3-). Cuando el
CO2 difunde hacia los capilares sistémicos e ingresa en los GR, reacciona con el agua en presencia de la
enzima anhidrasa carbónica para formar ácido carbónico que se disocia en H+ y HCO3-:

De este modo a medida que la sangre absorbe CO2 se acumula HCO3- dentro de los GR. Parte del
HCO3- sale hacia el plasma a favor de su gradiente de concentración y se intercambia por iones cloruro
que se desplaza desde plasma hacia los GR. Este intercambio de iones negativos que mantiene el
equilibrio eléctrico entre el plasma y el citosol del GR se denomina desviación de cloruro.
El efecto neto de estas reacciones es la eliminación del CO2 de las células y su transporte en el plasma
como HCO3-. A medida que la sangre atraviesa los capilares pulmonares todas estas reacciones se
producen a la inversa y se desprende CO2
Regulación