Fisiología Respiratoria: Volúmenes Pulmonares y Leyes de los Gases

Volúmenes y Capacidades Pulmonares: Fundamentos de la Respiración

La función respiratoria se describe a través de diversos volúmenes y capacidades pulmonares, que representan la cantidad de aire que los pulmones pueden contener o movilizar en diferentes fases de la respiración.

Volúmenes Pulmonares

• Volumen Corriente (VC) o de Ventilación Pulmonar: Es el volumen de aire que se inspira y espira en una respiración tranquila. Corresponde a 500 ml.
• Volumen de Reserva Inspiratoria (VRI): Es el volumen adicional de aire que se puede inspirar con un esfuerzo máximo o forzado, por encima del volumen corriente. Corresponde a 3.100 ml.
• Volumen de Reserva Espiratoria (VRE): Es el volumen adicional de aire que se puede espirar con un esfuerzo forzado, después de una espiración tranquila. Corresponde a 1.200 ml.
• Volumen Residual (VR): Es el volumen de aire que siempre permanece en los pulmones después de un esfuerzo espiratorio máximo. Los pulmones nunca llegan a colapsarse completamente. Corresponde a 1.200 ml.

Capacidades Pulmonares

Las capacidades pulmonares son la suma de dos o más volúmenes.

• Capacidad Pulmonar Total (CPT): Corresponde a la suma de todos los volúmenes pulmonares (VC + VRI + VRE + VR). Representa el volumen máximo de aire que los pulmones pueden contener. Aproximadamente 6.000 ml.
• Capacidad Vital (CV): Es el volumen máximo de aire que se puede movilizar con el mayor esfuerzo posible, desde una inspiración máxima hasta una espiración máxima. Se forma por la sumatoria de VC + VRI + VRE. Corresponde a 4.800 ml.
• Capacidad Residual Funcional (CRF): Es el volumen de aire que queda en los pulmones después de una espiración tranquila. Se calcula como VRE + VR. Corresponde a 2.400 ml.

Leyes de los Gases Aplicadas a la Fisiología Respiratoria

La mecánica de la respiración y el intercambio gaseoso se rigen por principios físicos fundamentales, como las leyes de los gases.

Ley de Dalton: Presiones Parciales

La Ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que la componen.

Ejemplos de Aplicación:

• Ejemplo 1: Presión Parcial de Oxígeno en el Aire Ambiental

  Cuando se inhala aire ambiental, la Fracción Inspirada de Oxígeno (FiO2) es de 0.21 (21%). Si la presión atmosférica a nivel del mar es de aproximadamente 760 mmHg, la presión parcial de oxígeno (PO2) que ingresa a la vía aérea se calcula multiplicando la presión total por el porcentaje de oxígeno:

  PO2 = Presión Atmosférica x FiO2

  PO2 = 760 mmHg x 0.21 = 159.6 mmHg (aproximadamente 160 mmHg)

• Ejemplo 2: Presión Parcial de Oxígeno con Oxigenoterapia

  Si un paciente está conectado a un sistema Venturi con una FiO2 de 0.40 (40%), la presión parcial de oxígeno que podría estar entrando al sistema respiratorio sería:

  PO2 = 760 mmHg x 0.40 = 304 mmHg

Principio de Gradiente de Presión: Movimiento de Gases

Los gases se movilizan desde áreas de mayor presión hacia áreas de menor presión. Esto significa que los gases se desplazan a favor de su gradiente de presión.

Ejemplo de Aplicación:

• Intercambio Gaseoso Alveolar

  Durante la inspiración, con una FiO2 de 0.21 y una presión atmosférica de 760 mmHg, la presión parcial de oxígeno inicial es de 160 mmHg. Sin embargo, al ingresar al sistema respiratorio, esta presión se ve afectada por:

  • Vapor de agua: Resta aproximadamente 47 mmHg.
  • Espacio muerto anatómico: Resta aproximadamente 13 mmHg.

  Por lo tanto, la presión parcial de oxígeno que finalmente ingresa al alvéolo es:

  PAO2 = 160 mmHg - 47 mmHg - 13 mmHg = 100 mmHg

  En la zona del capilar pulmonar adyacente al alvéolo, la presión parcial de oxígeno en la sangre venosa mixta es de aproximadamente 60 mmHg. Debido a esta diferencia de presión (100 mmHg en el alvéolo vs. 60 mmHg en el capilar), el oxígeno se difunde del alvéolo a la sangre.

Ley de Boyle: Relación Presión-Volumen

La Ley de Boyle establece que, a temperatura constante, la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales entre sí. Es decir, a mayor presión, menor volumen, y viceversa.

Ejemplo de Aplicación:

• Mecánica de la Inspiración

  Cuando una persona inhala, el diafragma se contrae y desciende, y los músculos intercostales elevan la caja torácica, aumentando el volumen de la cavidad torácica. Según la Ley de Boyle, este aumento de volumen pulmonar provoca una disminución de la presión intrapulmonar (presión alveolar) por debajo de la presión atmosférica.

  Si la presión en la boca y en el alvéolo fueran iguales, no habría movimiento de aire. Sin embargo, al disminuir la presión alveolar, se crea un gradiente de presión que permite que el aire fluya desde la atmósfera (mayor presión) hacia los pulmones (menor presión), inflando los alvéolos.