Intercambio gaseoso

Qué es el intercambio gaseoso

El intercambio gaseoso —denominado también hematosis— 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 estos 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 requiera gasto energético.

"Hematosis" procede del griego αἱμάτωσις (haimátōsis), derivado de αἷμα (haîma), "sangre", con el sufijo -ωσις (-ōsis), que indica un 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 término "intercambio gaseoso", más descriptivo, se impuso en la literatura médica moderna porque refleja con exactitud 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 aproximadamente 100 mmHg, mientras que la sangre venosa mixta que entra por el capilar pulmonar trae una PO₂ de unos 40 mmHg. Esos 60 mmHg de diferencia empujan al oxígeno hacia la sangre. Con el dióxido de carbono ocurre lo contrario: la sangre venosa llega con una PCO₂ cercana a 46 mmHg frente a los 40 mmHg del gas alveolar, y el gradiente —más modesto, apenas 6 mmHg— basta para que el CO₂ pase al alvéolo y sea espirado, 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, formulada en 1855 por el fisiólogo alemán Adolf Fick. Según esta ley, la cantidad de gas que atraviesa la membrana en un tiempo dado depende del área de superficie disponible, del gradiente de presión parcial entre los dos compartimentos, de la solubilidad del gas y del grosor de la barrera. En condiciones normales, la membrana alveolocapilar tiene un espesor de apenas 0,2-0,5 µm y ofrece una superficie total que, desplegada, equivaldría aproximadamente 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 margen de reserva considerable.

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 ser transportado por el torrente sanguíneo; el CO₂ hace el recorrido opuesto y se incorpora al aire alveolar. Es, en rigor, el intercambio gaseoso pulmonar propiamente dicho.

La respiración interna, en cambio, tiene lugar en los tejidos periféricos. 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 transportará de vuelta al pulmón. Ambos procesos son pasivos, obedecen a la misma ley de difusión y funcionan en serie: si uno falla, el otro pierde eficacia.

Factores que condicionan la eficiencia del intercambio

Para que el intercambio gaseoso sea eficaz, tres condiciones deben cumplirse de forma simultánea. La primera es una ventilación alveolar suficiente: que llegue la cantidad adecuada de aire fresco a los alvéolos en cada ciclo respiratorio, renovando el gas alveolar. La segunda es una perfusión capilar proporcionada: que el flujo de sangre a través de los capilares alveolares sea el necesario para recoger el O₂ y entregar el CO₂. Y la tercera es la integridad de la membrana alveolocapilar: que su grosor y su superficie se mantengan dentro de los valores normales.

La relación entre ventilación y perfusión —el llamado cociente V/Q— es el determinante más importante 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 esto no ocurre de modo uniforme: los vértices pulmonares, por ejemplo, están relativamente sobreventilados respecto a su perfusión, y las bases presentan la situación inversa. Cuando la desproporción se acentúa —por enfermedad obstructiva, atelectasia, embolia o cualquier otra causa—, aparece hipoxemia, es decir, una caída del oxígeno arterial por debajo de los valores normales. El engrosamiento de la membrana, como sucede en la fibrosis pulmonar, o la destrucción de alvéolos, como en el enfisema, reducen respectivamente 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. Literalmente significaría algo así como "transformación en sangre" o "conversión sanguínea". En castellano, la RAE la define como "oxigenación de la sangre", aunque el uso clínico moderno la emplea como sinónimo de intercambio gaseoso completo, incluyendo la eliminación de CO₂.

¿Es lo mismo intercambio gaseoso que respiración?

No exactamente. La respiración, en sentido amplio, abarca toda la cadena: ventilación (entrada y salida de aire), intercambio gaseoso (difusión de O₂ y CO₂ en el alvéolo y en los tejidos) y transporte de gases en la sangre. El intercambio gaseoso es, por tanto, una parte del proceso respiratorio, no su totalidad. En bioquímica, además, "respiración celular" designa las reacciones metabólicas 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 comienza a partir de los bronquiolos respiratorios (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 rápido 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 aproximadamente veinte veces más soluble que el O₂ en agua, lo que compensa con creces su menor gradiente (6 mmHg frente a 60 mmHg). El resultado neto es que el CO₂ atraviesa la membrana alveolocapilar con facilidad, y la retención de este gas 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. Medición del intercambio gaseoso. Manual MSD, versión para profesionales.
4. Real Academia Española. Hematosis. Diccionario de la lengua española.