¿Cómo ocurre el equilibrio de gas en el alvéolo, numéricamente?

Estoy intentando modelar el intercambio de gases a través de la membrana alveolar. Mi pregunta principal, ¿hay un intercambio directo de moléculas de O2 por moléculas de CO2? Si es así, mi modelo predice (suponiendo PO2 alveolar de 107 mmHg y CO2 de 40 mmHg; y PO2 venoso de 40, PCO2 de 46) una PO2 arterial de 107 mmHg, pero una PCO2 de solo 37 mmHg (teniendo en cuenta el cambio de pH y el equilibrio con bicarbonato y carbamatos de hemoglobina). Si elimino el proceso de equilibrio del bicarbonato plasmático (ya que esto lleva ~15 segundos, pero el tiempo de tránsito alveolar es de ~0,75 segundos), entonces la PCO2 arterial es aún más baja, ~33 mmHg. Los resultados esperados deberían estar en el rango de una PO2 arterial de 107 y una PCO2 de 40.

La única alternativa que se me ocurre es que no hay una molécula para el intercambio de moléculas, siendo la absorción de O2 y la eliminación de CO2 procesos separados. Si este es el caso, en general habrá una reducción en la presión y/o el volumen del aire alveolar durante el intercambio de gases. Sin embargo, no puedo encontrar referencias a que el volumen corriente inhalado sea diferente al volumen corriente exhalado. Tampoco parece haber ninguna evidencia de que las moléculas de N2 o H2O participen en este proceso (a presión atmosférica estándar).

¿¿Algunas ideas??

En última instancia, quiero extrapolar el modelo para tratar la patología (por ejemplo, CO2 alveolar alto, CO2 venoso alto, etc.).

EDITAR para incluir referencias... Modelo fisicoquímico mecánico del transporte de CO2 en la sangre https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5341128/

Modelización de la transferencia de oxígeno en el proceso respiratorio https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00714239/document

Modelado del intercambio de gases pulmonares y perfiles de exhalación única de CO https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2018.00927/full

Fisiología respiratoria https://derangedphysiology.com/main/cicm-primary-exam/required-reading/respiratory-system

Otros materiales que he leído incluyen:

  • Ventilación Mecánica Pilbeams
  • Fisiología respiratoria aplicada de Nunn
  • Fisiología médica de Guyton y Hall
¿Puedes explicar tu modelo con un poco más de detalle? ¿Cómo predice una PCO2 de 37 mm Hg? ¿Por qué debería causar una reducción en la presión/volumen alveolar?
Hola Adhish, gracias por responder.
En mi modelo, conozco tanto la PCO2 venosa como el pH y, a partir de ahí, también puedo calcular el contenido total de CO2 (es decir, HCO2 plasmático, CO2 y contenido de eritrocitos (CO3, HCO3 y HbCO2)). En el alvéolo, primero calculo el nuevo contenido de oxígeno (basado en el gradiente de oxígeno alveolar/venoso, el coeficiente de difusión, el contenido de hemoglobina, etc.). Conociendo el volumen alveolar puedo calcular cuantos moles de O2 se han extraído.
Si luego asumo que la misma cantidad exacta de moléculas de CO2 han ingresado al alvéolo a cambio, entonces puedo calcular tanto el nuevo CO2 alveolar como (después de la redistribución a través de los compartimentos de CO2) en la ahora PCO2 arterial. Hacer esto me da una PCO2 arterial de 37 mmHg (y una PCO2 alveolar aumenta de 40 mmHg a 41 mmHg).
Mi suposición de un intercambio de moléculas 1:1 se basó en la supuesta preservación de la presión/volumen dentro del alvéolo (ya que la temperatura es constante), según la Ley de Henry, PV=nRT.
Entiendo tu pregunta ahora. Intentaré escribir una respuesta cuando tenga tiempo.
Hmmm... Así que estoy pensando que pueden ser realmente independientes entre sí, y que el volumen alveolar debe disminuir con cada respiración, infiriendo de este resumen que analiza la tasa de formación de atelectalsis en diferentes FiO2 openanesthesia.org/atelectasis_durante_anesthesia_etiol

Respuestas (2)

No existe un mecanismo conocido para el intercambio de O X 2 y C O X 2 de una manera uno por uno. Su transporte a través de la membrana alveolar tiene lugar únicamente por difusión: ambos alcanzan su equilibrio con la sangre de forma independiente .

Tenga en cuenta que no es necesario que los volúmenes corrientes inhalados y exhalados sean iguales. De hecho, en condiciones fisiológicas, el volumen corriente exhalado es ligeramente menor que el volumen corriente inhalado. Esto se debe a que los humanos normalmente producen un poco menos C O X 2 de lo que consumen O X 2 . En otras palabras, el cociente respiratorio es menor que 1 .

Por lo tanto, vemos que la suposición de preservación del volumen y la presión alveolar no es válida. Además de la inspiración y la espiración, la difusión de gases hacia y desde la sangre también afecta el volumen alveolar.

Referencia y lectura adicional:

Boron WF, Boulpaep EL, editores. fisiología médica. 3ra ed (edición internacional). Filadelfia: Elsevier; c2017. 1297 pág. ( Encontré este libro de texto como un excelente recurso para aprender fisiología en general y fisiología respiratoria en particular ) .

brillante gracias! Buscaré agregar ese texto a mi colección, saludos :)
Adhish, no sé si revisa esto después de haber respondido, pero solo quería que supiera que mi copia de Fisiología médica llegó hoy y es todo lo que prometió que sería. Gracias de nuevo.
@ ArkoFlake15 Me alegro de ser de ayuda. :)

No hay intercambio directo, pero hay interacción.

Usé estos artículos de wikipedia:

https://en.wikipedia.org/wiki/Hemoglobina

https://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_effect

Para el transporte de oxígeno, casi todo se transporta unido a la hemoglobina. Solo una parte de 71 se transporta como oxígeno soluble no unido.

Para el dióxido de carbono, solo alrededor del 20-25% es transportado por la hemoglobina. Pero se adhiere a los grupos de amina y, por lo tanto, no compite directamente con el oxígeno que se une a otros lugares.

El efecto Bohr hace que el oxígeno se una más fuertemente donde hay poco CO2 y viceversa. El artículo de wikipedia tiene un tratamiento matemático de esto.

El resto del CO2 se transporta como hidrogenocarbonato por acción de una anhidrasa carbónica. El CO2 no es muy soluble a la temperatura corporal.

El volumen de CO2 en la respiración aún es pequeño.

Lo siento, esto no es lo suficientemente detallado para mis propósitos.
¿Cómo ocurre el equilibrio de gas en el alvéolo, numéricamente?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v