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Leyes físicas que rigen el comportamiento de los gases:
LEYES FÍSICAS DE LOS GASES:
Las moléculas de un gas están en continuo movimiento al azar y se desvían de su curso
por colisión con otras moléculas o con las paredes de un recipiente. Cuando golpean contra las
paredes rebotando, el bombardeo resultante produce presión, cuya magnitud depende del
número de moléculas, su masa y su velocidad.
Los experimentos realizados inicialmente con los gases revelaron que los cambios en la
presión P, el volumen V y la temperatura T cumplían la relación PV≈nRT, donde n es el número
de moles, T está expresada en grados Kelvin y R es la constante universal de los gases, lo que
nos lleva a la ecuación de estado de un gas ideal:
P.V = n.R.T
En determinadas condiciones los gases reales se desvían de la conducta de un gas ideal.
Para un número fijo de moles, la ecuación anterior se reduce:
P.V = constante a temperatura constante, ecuación llamada Ley de Boyle.
El producto de P.V tiene las dimensiones de energía [(fuerza) (distancia)]; así la ecuación
de estado de un gas ideal indica que la energía por mol es una función de la temperatura
absoluta exclusivamente.
LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES O DE DALTON:
Cada gas en una mezcla ejerce una presión de acuerdo con su propia concentración,
independientemente de los otros gases presentes, es decir, que cada componente se comporta
como si estuviera solo. La presión de cada gas se denomina presión parcial. La presión total es
la suma de las presiones parciales de todos los gases presentes.
P1 = (n1/n)
P2 = (n2/n)
P = presión total
P = p1 + p2 + p3 +… + pn
En la ecuación anterior llamada Ley de Dalton de las presiones parciales, así la presión
parcial de un gas i dada por:
Pi = xi.P
Donde xi = ni/n se llama fracción molar del gas i, es decir la concentración fraccionaria
del gas i.
Pi: presión parcial del gas i
P: presión total.
1
, El aire atmosférico está formado aproximadamente por 21% de O 2 y 78% de N2 y 1% de
otros gases. A nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 mmHg. Cada gas dentro de la
atmósfera es responsable de una parte de la presión en proporción a su porcentaje en el aire
atmosférico. La presión parcial de O2 es del 21% de 760 mmHg o sea 159 mmHg, es decir éste
sería la presión del aire si se quitaran todos los otros gases. Si sólo se dejara las moléculas de N 2
la presión sería alrededor del 78% de 760 mmHg es decir 593 mmHg.
A nivel bronquial al aire inspirado se suma otro gas, que es el vapor de agua. El cual a 37º
C ejerce una presión de 47 mmHg y ocupa 6% del volumen, reduciendo el aire seco a 94%, por
lo tanto el oxígeno ocupará el 21% de ese 94% restante y ejercerá una presión que será el 21%
de 713 mmHg.
La ley de Dalton es importante porque los efectos fisiológicos de cada componente del
aire dependen de la presión parcial que ejerce el componente en los pulmones y no de la presión
total. Por ejemplo, la cantidad total de nitrógeno que se disuelve en la sangre y en los tejidos del
cuerpo es proporcional a la presión parcial de nitrógeno en los pulmones.
LOS GASES DE LA RESPIRACIÓN:
El aire alveolar difiere del atmosférico humedecido por la evaporación continua en toda la
superficie de las vías respiratorias. Por eso, en el interior del aparato respiratorio hay siempre un
grado de humedad muy uniforme. Atendiendo a los datos de la tabla se comprende que la
diferencia de concentraciones de gases entre el aire atmosférico y el aire se debe al agregado de
vapor de agua a la mezcla gaseosa que ingresa a las vías aéreas.
La función de la ventilación es mantener una alta presión de O2 y una baja presión de CO2
alveolares, mientras que la función del flujo de sangre es transportar el O 2 tisulares y el CO2 a
los capilares pulmonares. Un tercer proceso es la difusión de ambos gases a través de la
membrana alvéolo-capilar para que el flujo sanguíneo pueda cumplir su función. Este proceso es
enteramente pasivo entre una fase gaseosa y una fase líquida.
LEY DE HENRY:
El volumen de gas disuelto en un líquido es proporcional a su presión parcial:
Cx = α.px
Cx = concentración del gas en el líquido.
α = constante de solubilidad del gas en el líquido.
Px = presión parcial del gas en solución.
2
, En la siguiente tabla se calculan las concentraciones molares de O2 y de CO2 a partir de
las constantes de solubilidad y las presiones parciales correspondientes:
Coef. Solubil. Pp en sangre Conc, Pp en sangre ven. Conc. Diferencia entre
mmol/mmHg.It art. mmHg arterial mmHg Venosa conc. Arterial y ven.
(mM) (mM) (mM)
O2 0,0013 100 0,13 40 0,052 0,078
CO2 0,03 40 1,2 46 1,38 0,18
DIFUSIÓN EN MEDIOS GASEOSOS: LEY DE FICK:
Las moléculas de los gases están constantemente moviéndose al azar. Si la concentración
de moléculas de un gas particular es mayor en una región que en otra, hay más colisiones y más
movimiento. A pesar de que las moléculas en ambas regiones están en movimiento, el efecto
neto es que el gas difunde de la región de mayor a la región de menor concentración y la
concentración del gas en las dos regiones tiende a igualarse.
La velocidad de difusión de un gas entre dos puntos depende de la diferencia de presión
parcial entre esos puntos.
V = D.ΔP (1)
V: flujo de gas en medio gaseoso.
ΔP: diferencia de presiones parciales.
D: coeficiente de difusión.
La difusión depende de la agitación térmica, por esto, la difusión neta es proporcional a la
temperatura absoluta (T). La velocidad de difusión es inversamente proporcional a la distancia a
recorrer (d) y directamente proporcionar al área de sección transversal (A).
Un gas liviano difunde más rápido en medio gaseoso que un gas pesado. Las velocidades
de difusión están relacionadas a sus pesos moleculares, para ser más precisos ellas son
inversamente proporcionales a la raíz cuadrada de sus pesos moleculares (PM).
D = T.A
√PM.[d]
Reemplazando D en (¡):
V = T.A.ΔP (2)
√PM.[d]
DIFUSIÓN EN MEDIOS ACUOSOS: INTERCAMBIO GASEOSO A TARVÉS DE
LA MEMBRANA ALVÉOLO CAPILAR:
La difusión de O2 y CO2 a través de la barrera sangre-gas, obedece a:
V = T.A.α.ΔP (3)
√PM.d.η
3
, Es decir, el volumen de un gas que se mueve a través de una lámina de tejido por unidad
de tiempo (V), es directamente proporcional a la diferencia de presión parcial (ΔP), al área de a
lámina (A), a la temperatura (T) y a la solubilidad (α) e inversamente proporcionar a √PM del
gas en cuestión, al espesor de la lámina (d) y a la viscosidad del medio (η).
La difusión del O2 y del CO2 a través de la barrera alvéolo-capilar se produce entre dos
medios acuosos, por lo que no obedece a la diferencia de presiones parciales sino a la diferencia
de concentraciones molares. Dado que la solubilidad del CO2 en solución salina normal a 37º C
es aprox 24 veces mayor que la del O2, la concentración del CO2, es casi 10 veces mayor que la
del O2 en la sangre arterial y 26 veces mayor en la sangre venosa. Además, sus PM no difieren
mucho; son de 44 para el CO2 y de 32 para el O2, de modo que cuando se toma la raíz cuadrada
del cociente, el resultado es de 1,2 veces superiores para el O2 que para el CO2.
Así, el CO2 difunde un 20% más lentamente en virtud de su alto PM, pero aprox 24 veces
más rápido por su gran solubilidad. El resultado neto es que la velocidad de difusión del CO 2 a
través de una lámina de tejido es aprox 20 veces mayor que la de O 2.
Pero la ΔP para el O2 es 10 veces superior a la del CO2. Resultando de todas las
diferencias anteriores que el CO2 difunde 2 veces más rápido que el O2. Por ello, las alteraciones
de la difusibilidad de la membrana alvéolo capilar pueden comprometer la oxigenación
sanguínea, pero difícilmente se alterará la difusión pulmonar del CO 2.
EFECTO DE LA ALTURA ELEVADA EN LA PRESIÓN PARCIAL:
Aproximadamente a 5000m la presión atmosférica es la mitad de la normal y, reducida la
presión de vapor del agua, resulta de un valor de P o2 excesivamente bajo en el alvéolo, que no
basta para saturar la hemoglobina. A altitudes todavía mayores, la presión parcial de oxígeno se
hace tan baja que exige, por ejemplo en los aviones, el suministro de oxígeno complementario
por medio de aparatos adecuados, sin lo cual la supervivencia es imposible.
VALORACIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y LA PRESIÓN PARCIAL
DE O2 CON LA ALTITUD:
Toda vez que se habla de la hipoxia causada por una Pa baja, debe hacerse una clara
diferenciación entre: la exposición súbita a una presión baja como ocurre cuando se produce
pérdida de presión en la cabina de un avión; la exposición durante varias semanas, como cuando
un montañista se aclimata gradualmente durante una ascensión a gran altura; y la exposición
permanente de alguien que vive a gran altura. En general, la tolerancia a una gran altura,
reflejada en la cantidad de actividad física que puede realizarse, aumenta con la duración de la
estadía como resultado del proceso de aclimatación.
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