Función
La composición del aire ambiental es de aproximadamente 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 1% de argón y trazas de dióxido de carbono, neón, metano, helio, criptón, hidrógeno, xenón, ozono, dióxido de nitrógeno, yodo, monóxido de carbono y amoníaco. Por tanto, a nivel del mar, donde se sabe que la presión atmosférica es de 760 mm Hg, se puede estimar que las presiones parciales de los distintos gases son de aproximadamente 593 mm Hg para el nitrógeno, 160 mm Hg para el oxígeno y 7,6 mm Hg para el argón. Sin embargo, estas presiones parciales no son un reflejo exacto de las presiones parciales disponibles para la difusión dentro de los alvéolos del pulmón. Cuando el aire se inhala a través de las vías respiratorias superiores, el tracto pulmonar lo calienta y humidifica. El resultado de este proceso introduce la presencia de niveles significativos de vapor de agua que, a continuación, ajusta las presiones parciales los demás gases, incluido el oxígeno. No es posible recoger los gases directamente de los alvéolos. La ecuación de los gases alveolares es de gran ayuda para calcular y estimar con exactitud la presión parcial del oxígeno dentro de los alvéolos. La ecuación de los gases alveolares se utiliza para calcular la presión parcial de oxígeno alveolar:
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PAO2 = (Patm – PH2O) FiO2 – PaCO2 / RQ
Donde PAO2 es la presión parcial de oxígeno en los alvéolos, Patm es la presión atmosférica a nivel del mar igual a 760 mm Hg. PH2O es la presión parcial del agua que equivale aproximadamente a 45 mm Hg. FiO2 es la fracción de oxígeno inspirado. PaCO2 es la presión parcial de dióxido de carbono en los alvéolos, que en condiciones fisiológicas normales es de aproximadamente 40 a 45 mm Hg, y el RQ (cociente respiratorio). La FiO2 está directamente relacionada con la composición porcentual de oxígeno en el aire inspirado. Sin apoyo a nivel del mar, éste es del 21% o 0,21. Sin embargo, cada litro de oxígeno suplementario en el aire inspirado aumenta este valor en aproximadamente un 4% o 0,04. Por lo tanto, 2 litros de oxígeno suplementado aumentan la FiO2 a nivel del mar en un 8% o 0,08 hasta el 29% o 0,29. El valor de RQ puede variar según el tipo de dieta y el estado metabólico de la persona. Un valor estándar de 0,82 para la dieta humana típica. A nivel del mar sin oxigenación inspirada suplementada, la presión parcial de oxígeno alveolar (PAO2) es:
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PAO2 = (760 – 47) 0,21 – 40 / 0,8 = 99.7 mm Hg
Esta presión parcial alveolar de oxígeno es entonces la fuerza motriz para la difusión del oxígeno a través de las membranas alveolares, a través de las paredes capilares pulmonares, y hacia el flujo sanguíneo arteriolar y los eritrocitos para su transporte por todo el cuerpo hacia los tejidos periféricos. El gradiente de difusión desde el espacio alveolar hacia el capilar se cuantifica a través del gradiente A-a calculado como:
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Gradiente de oxígeno A-a = PAO2 – PaO2
La PaO2 se mide utilizando una gasometría arterial, y la PAO2 se calcula como se ha indicado anteriormente. Un gradiente mayor indica que la patología está dificultando la transferencia de oxígeno al capilar, lo que repercute en la presión parcial de oxígeno disponible en todo el organismo. Las presiones parciales de oxígeno necesarias en los tejidos varían en función de las demandas metabólicas de los mismos. Se ha descubierto que el cerebro requiere una presión parcial de oxígeno de al menos 35 mm Hg por debajo. Las funciones mentales se ven afectadas porque el metabolismo aeróbico de la glucosa para la producción de energía no puede producirse de forma eficiente. La piel suele tener un espectro de presión parcial basado en la profundidad de la capa cutánea desde la superficie. La región superficial de la piel a una profundidad de 5 a 10 micrómetros tiene una presión parcial de oxígeno de aproximadamente 5,0 a 11 mm Hg. Las papilas dérmicas a 45 a 65 micrómetros de profundidad suelen tener una presión parcial de oxígeno de 18 a 30 mm Hg, y en el plexo subpapilar de 100 a 120 micrómetros de profundidad, la presión parcial de oxígeno es de aproximadamente 27 a 43 mm Hg. Los intestinos también tienen una presión parcial de oxígeno variable, siendo la de la porción serosa del intestino delgado de 53,0 a 71,0 mm Hg. Las presiones parciales de oxígeno en el hígado se han estudiado con resultados algo variables, ya que en dos grupos distintos se encontraron valores medios de 42,04 mm Hg y 34,53 mm Hg. Los riñones constituyen otro sistema orgánico que tiene una elevada necesidad de oxígeno debido a la gran demanda energética y metabólica subsiguiente que conllevan los procesos de transporte activo de los sistemas de reabsorción de las nefronas. Así, la presión parcial de oxígeno medular es de 10 a 20 mm Hg, y la corteza requiere de 52 a 92 mm Hg. La demanda muscular de oxígeno es muy variable en función de la intensidad y la duración de la actividad del músculo. Al inicio, las presiones parciales musculares de oxígeno son de 27 mm Hg a 31 mm Hg. A lo largo del proceso de consumo de oxígeno por parte de los distintos tejidos, el contenido de oxígeno de la sangre desciende de tal manera que los 100 mm Hg de la sangre arterial disminuyen a 40 mm Hg en la sangre venosa.