¿Qué dice la ley de Boyle en la respiración?

La presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen, a temperatura constante. Al inspirar, el volumen pulmonar aumenta y la presión intrapulmonar baja por debajo de la atmosférica, y entra el aire.

¿Para qué sirve el surfactante pulmonar?

Reduce la tensión superficial a medida que el alvéolo disminuye de tamaño. Así estabiliza los alvéolos y evita que los pequeños colapsen.

¿Qué es la presión parcial de un gas?

Es la presión que ejercería ese gas si ocupara solo todo el volumen. Se calcula como la presión total de la mezcla por la fracción del gas.

Leyes de los gases en la fisiología respiratoria

Resumen

Este apunte explica cuatro leyes de los gases aplicadas a la respiración: Boyle, Laplace, Dalton y Henry. Relaciona la presión y el volumen en la inspiración y la espiración, el papel del surfactante en los alvéolos, las presiones parciales del aire y la cantidad de oxígeno disuelto en la sangre.

Puntos clave

Ley de Boyle: la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen, a temperatura constante. Al inspirar, la presión intrapulmonar baja por debajo de la atmosférica.
Ley de Laplace: P = 2T/r. Sin surfactante, los alvéolos pequeños tenderían a colapsar. El surfactante reduce la tensión superficial al disminuir el alvéolo.
Ley de Dalton: la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales. Px = Ptotal × fracción del gas.
El vapor de agua reduce la presión parcial de oxígeno en el aire inspirado. A nivel del mar, la PO2 es 150 mmHg.
Ley de Henry: la cantidad de gas disuelto es directamente proporcional a su presión parcial. Se disuelve más gas en líquidos fríos.
Si la PO2 de la sangre se reduce a la mitad, el oxígeno disuelto también se reduce a la mitad.

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Leyes de los Gases Aplicadas a la Fisiología Respiratoria

Ley de Boyle: Relación entre Presión y Volumen

La ley de Boyle es fundamental para entender los cambios de presión intrapulmonar que ocurren durante la respiración. Esta ley establece que la presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional a su volumen, a temperatura constante. En el contexto de la respiración:

Inspiración: Un aumento del volumen pulmonar disminuye la presión intrapulmonar por debajo de la presión atmosférica, permitiendo la entrada de aire.
Espiración: Una disminución del volumen pulmonar aumenta la presión intrapulmonar por encima de la presión atmosférica, forzando la salida del aire de los pulmones.

Estos cambios de volumen pulmonar son consecuencia directa de las variaciones en el volumen de la cavidad torácica.

Ley de Laplace: Tensión Superficial y Presión Alveolar

La ley de Laplace describe la relación entre la presión dentro de una esfera (como un alvéolo), la tensión superficial de su pared y su radio. Esta ley establece que la presión (P) es directamente proporcional a la tensión superficial (T) e inversamente proporcional al radio (r) del alvéolo:

P = 2T/r

Según esta ley, si la tensión superficial fuera constante, los alvéolos más pequeños tendrían una presión interna mayor que los alvéolos más grandes, lo que provocaría el colapso de los alvéolos pequeños. Sin embargo, esto no ocurre gracias a la presencia del surfactante pulmonar. El surfactante reduce la tensión superficial a medida que el alvéolo disminuye de tamaño, estabilizando los alvéolos y previniendo su colapso.

Ley de Dalton: Presiones Parciales de los Gases

La ley de Dalton se aplica a las mezclas de gases, como el aire. Esta ley establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas individual en la mezcla. La presión parcial de un gas es la presión que ejercería ese gas si ocupara solo todo el volumen.

La presión parcial de un gas (Px) se calcula como:

Px = Ptotal * Fracción del gas

Donde Ptotal es la presión total de la mezcla y la Fracción del gas es la proporción de ese gas en la mezcla.

El vapor de agua también contribuye a la presión atmosférica total. La presencia de vapor de agua "diluye" la contribución de otros gases a la presión total. La ecuación para la presión atmosférica húmeda es:

Patmósfera húmeda = PN2 + PO2 + PCO2 + PH2O

Al considerar el efecto del vapor de agua, la presión parcial de oxígeno en el aire inspirado a nivel del mar se reduce:

PO2 (nivel del mar) = 0.21 * (760 mmHg - 47 mmHg) = 150 mmHg

Donde 760 mmHg es la presión atmosférica estándar y 47 mmHg es la presión de vapor de agua a temperatura corporal.

Ley de Henry: Solubilidad de los Gases en Líquidos

La ley de Henry describe la cantidad de gas que se disuelve en un líquido. Cuando un líquido (como la sangre) y un gas (como el aire alveolar) están en equilibrio, la cantidad de gas disuelta en el líquido depende de:

Solubilidad del gas: Una constante física específica para cada gas y líquido.
Temperatura del líquido: Generalmente, más gas se disuelve en líquidos fríos que en líquidos calientes.
Presión parcial del gas: La concentración de un gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a su presión parcial en la fase gaseosa.

Dado que la solubilidad es constante y la temperatura de la sangre es relativamente estable, la concentración de un gas disuelto en el plasma depende principalmente de su presión parcial en el aire alveolar. Por ejemplo, si la sangre se equilibra con aire a una PO2 de 100 mmHg, contendrá aproximadamente 0.3 ml de O2 por cada 100 ml de plasma a 37 °C. Si la PO2 se reduce a la mitad, la cantidad de oxígeno disuelto también se reducirá a la mitad.