Intercambio gaseoso

Qué es el intercambio gaseoso

También llamado hematosis, el intercambio gaseoso es el proceso fisiológico mediante el cual el organismo capta oxígeno del aire inspirado y elimina el dióxido de carbono generado por el metabolismo celular. En sentido estricto, el término designa la transferencia bidireccional de esos dos gases a través de la membrana alveolocapilar: el O₂ pasa del alvéolo a la sangre capilar y el CO₂ recorre el camino inverso, sin que el proceso consuma energía.

"Hematosis" procede del griego αἱμάτωσις (haimátōsis), derivado de αἷμα (haîma), "sangre", con el sufijo -ωσις (-ōsis), que indica proceso o estado. La RAE lo recoge con el significado de "oxigenación de la sangre", aunque en fisiología el concepto abarca tanto la captación de O₂ como la liberación de CO₂. El nombre "intercambio gaseoso", más descriptivo, se impuso en la literatura médica moderna porque refleja que la transferencia es doble y simultánea.

El mecanismo: presión parcial, gradiente y difusión

El motor del intercambio gaseoso es la diferencia de presión parcial de cada gas a ambos lados de la membrana alveolocapilar. Al llegar al alvéolo, el aire inspirado presenta una presión parcial de oxígeno (PAO₂) de unos 100 mmHg, mientras que la sangre venosa mixta que entra por el capilar pulmonar trae una PO₂ cercana a 40 mmHg. Esos 60 mmHg de diferencia empujan el oxígeno hacia la sangre. Con el dióxido de carbono sucede lo contrario: la sangre venosa llega con una PCO₂ de unos 46 mmHg frente a los 40 mmHg del gas alveolar, y ese gradiente (más modesto, de apenas 6 mmHg) basta para que el CO₂ pase al alvéolo y se espire, porque su solubilidad en agua es unas veinte veces mayor que la del oxígeno.

La relación cuantitativa entre estos factores quedó formalizada en la ley de Fick, enunciada en 1855 por el fisiólogo alemán Adolf Fick. Según ella, la cantidad de gas que atraviesa la membrana en un tiempo dado depende del área de superficie disponible, del gradiente de presión parcial, de la solubilidad del gas y del grosor de la barrera. En condiciones normales, la membrana alveolocapilar mide apenas 0,2 a 0,5 µm de espesor y ofrece una superficie que, desplegada, equivaldría más o menos a la mitad de una pista de tenis. El eritrocito tarda unos 0,75 segundos en recorrer el capilar alveolar, pero la equilibración del oxígeno se completa en el primer tercio de ese trayecto, lo que deja un buen margen de reserva.

Respiración externa y respiración interna

Conviene distinguir dos niveles de intercambio gaseoso. La respiración externa es la que se produce en los alvéolos pulmonares: el O₂ difunde hacia los capilares y se une a la hemoglobina de los eritrocitos para viajar por el torrente sanguíneo, mientras el CO₂ hace el recorrido opuesto y se incorpora al aire alveolar. Es, en rigor, el intercambio gaseoso pulmonar propiamente dicho.

En los tejidos periféricos ocurre la respiración interna. Las células consumen oxígeno para obtener energía y generan CO₂ como producto de desecho; el gradiente de presiones parciales entre el capilar sistémico y la célula impulsa la cesión de O₂ desde la hemoglobina al tejido y la captación del CO₂ por la sangre, que lo devolverá al pulmón. Ambos procesos son pasivos y obedecen a la misma ley de difusión. Funcionan además en serie: si uno falla, el otro pierde eficacia.

Factores que condicionan la eficiencia del intercambio

Para que el intercambio gaseoso sea eficaz han de darse a la vez tres condiciones. Hace falta, primero, una ventilación alveolar suficiente, es decir, que en cada ciclo respiratorio llegue a los alvéolos bastante aire fresco para renovar el gas alveolar. Se necesita también una perfusión capilar proporcionada, un flujo de sangre por los capilares alveolares que baste para recoger el oxígeno y entregar el dióxido de carbono. Y la membrana alveolocapilar debe conservar su integridad, con el grosor y la superficie dentro de los valores normales.

La relación entre ventilación y perfusión, el llamado cociente V/Q, es el determinante más decisivo de la eficiencia global. En un pulmón ideal, cada alvéolo recibiría exactamente la cantidad de sangre proporcional al aire que lo ventila. En la práctica no ocurre de forma uniforme: los vértices pulmonares, por ejemplo, están relativamente sobreventilados en relación con su perfusión, y las bases presentan la situación inversa. Cuando la desproporción se acentúa (por enfermedad obstructiva, atelectasia, embolia u otras causas), aparece hipoxemia, una caída del oxígeno arterial por debajo de lo normal. El engrosamiento de la membrana, como en la fibrosis pulmonar, o la destrucción de alvéolos, como en el enfisema, reducen la velocidad y la superficie de difusión.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra "hematosis"?

Del griego αἱμάτωσις (haimátōsis), formada sobre αἷμα (haîma), "sangre", y el sufijo -ωσις, que denota proceso. Vendría a significar algo así como "conversión en sangre". En castellano la RAE la define como "oxigenación de la sangre", aunque el uso clínico moderno la emplea como sinónimo de intercambio gaseoso completo, incluida la eliminación de CO₂.

¿Es lo mismo intercambio gaseoso que respiración?

No exactamente. La respiración, en sentido amplio, abarca toda la cadena: la ventilación (entrada y salida de aire), el intercambio gaseoso (difusión de O₂ y CO₂ en el alvéolo y en los tejidos) y el transporte de gases por la sangre. El intercambio gaseoso es, por tanto, una parte del proceso respiratorio, no su totalidad. En bioquímica, además, "respiración celular" designa las reacciones que consumen O₂ dentro de la mitocondria, un uso distinto del término.

¿Dónde ocurre exactamente el intercambio en los pulmones?

En la zona respiratoria del pulmón, que arranca en los bronquiolos respiratorios (la generación 17 del árbol bronquial según el modelo de Weibel) e incluye los conductos alveolares y los sacos alveolares. Es en las paredes de los alvéolos, entre 300 y 500 millones en el adulto, donde la membrana alveolocapilar permite la difusión de los gases.

¿Por qué el CO₂ difunde más deprisa que el O₂ si su gradiente de presión es menor?

Porque la velocidad de difusión no depende solo del gradiente de presión parcial, sino también de la solubilidad del gas en el medio acuoso de la membrana. El CO₂ es unas veinte veces más soluble que el O₂ en agua, y eso compensa con creces su menor gradiente (6 mmHg frente a 60 mmHg). El resultado es que el CO₂ atraviesa la membrana con facilidad, y su retención solo aparece cuando la ventilación alveolar está gravemente comprometida.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Intercambio de gases. MedlinePlus, vídeos de salud.
2. Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre (NHLBI). Cómo funcionan los pulmones.
3. Wood KL. Manual MSD, versión para profesionales. Medición del intercambio gaseoso.
4. Real Academia Española. Hematosis. Diccionario de la lengua española.