Article: La finestra
d'oxigen (Primera part)
de l'original: Gas Exchange,
Partial Pressure Gradients, and the Oxygen Window by Johnny E. Brian
La finestra d'oxigen. La insaturació
inherent. Buit de pressió parcial. La majoria dels interessats en la teoria de
la descompressió han sentit aquests mots alguna vegada. El tres conceptes
descriuen el mateix procés físic. La finestra d'oxigen serà el nom que
utilitzarem en aquest article, ja que és el més usat, tot i que els altres dos
siguin els més adients. Tot i el seu us generalitzat pels bussejadors, ha
esdevingut un dels conceptes menys entesos de la teoria de la descompressió.
Per entendre el significat de la finestra d'oxigen cal conèixer prèviament la
fisiologia del transport de gasos en el nostre organisme, i la millor manera de
començar és descrivint-la en una situació normobàrica.
< Es recomana la lectura prèvia dels
articles sobre fisiologia respiratòria publicats anteriorment: Intercanvi de gas, Intercanvi de gas II i Intercanvi de gas III >
La
vida a una atmosfera
La fisiologia és quelcom no homogeni.
El moviment gasos entre els pulmons i els
teixits depèn del gradient de pressions parcials entre un lloc i l'altre. El
concepte de pressió parcial d'un gas en una dissolució pot ser confús, ja que
podem trobar molècules de gas no dissoltes en un medi líquid. Un gas dissolt en
un líquid no genera la mateixa pressió hidrostàtica que un gas en fase gasosa,
ja que els àtoms d'aquest gas ja no es poden moure tan lliurement, aquest és un
concepte important que cal tindre en compte. Les forces que mantenen un gas en
dissolució són les mateixes que mantenen qualsevol tipus de solut no ionitzat
(gas, líquid o sòlid) en dissolució. Els teixits són principalment constituïts
per líquids, i la pressió parcial d'un gas dissolt en un líquid és defineix com
la pressió parcial que el gas generaria si la fase gasosa estiguera en
equilibri amb el líquid. Les pressions parcials del gas en teixits es mesuren
en mm Hg o en atmosferes absolutes (ATA). Aquest valor de la pressió parcial és
un indicador de la quantitat de gas que hi ha en els teixits. La quantitat
total de gas present en un teixit depèn també de la solubilitat d'aquest, que
varia en funció del tipus de gas i del tipus de teixit en el que es troba. Un
teixit absorbirà més volum d'un gas altament soluble que no pas d'un gas amb
una solubilitat menor abans d'assolir una pressió parcial determinada. Si un
determinat volum de gas es dissol en un teixit, la pressió parcial del teixit
d'un gas d'alta solubilitat serà menor que la pressió parcial del teixit d'un
gas de baixa solubilitat.
Un gas que es troba dissolt en una solució,
es mou mitjançant difusió des de la zona amb la pressió parcial més alta cap a
la zona on aquesta pressió parcial és més baixa. Encara que la força per la
difusió sigui un gradient de pressió parcial, no és la pressió (absoluta) en sí
la que dirigeix el moviment del gas. Quan es pressuritza una conducció de gas
per carregar una ampolla, la pressió (absoluta) diferencial és la que mou en
conjunt tots els àtoms o molècules del gas. Tanmateix, la difusió a través d'un
líquid no és el moviment en conjunt del gas sinó que és el moviment individual
dels àtoms i molècules de forma aleatòria. La difusió d'un gas específic cap a
dins o cap a fora d'un teixit depèn sols del gradient de pressió parcial
d'aquest gas, independentment dels altres gasos presents en el teixit. Aquesta
idea pot semblar paradoxal ja que sovint els cabussadors creuen que els gasos
presents al teixit exerceixen una determinada pressió que pot arribar a impedir
que altres gasos hi entrin. Aquest concepte és erroni. La difusió dels gasos no
depèn del moviment en conjunt dels àtoms del gas per la pressió diferencial
(absoluta) sinó que ho és del moviment individual dels àtoms i molècules segons
el gradient de pressió parcial. La interacció entre gasos que són dissolts en
una solució o teixit no afecta a la difusió d'aquests.
Com a exemple, en la imatge 1 es mostra la
difusió d'un gas des de la sang cap a un teixit. En la imatge 1A, a temps 0,
sang que conté heli (He) a una pressió parcial (PHe) de 500mmHg flueix a través
de capil·lars cap a un teixit amb una PHe igual a zero. Mitjançant un moviment
aleatori, els àtoms d'heli comencen a topar amb la paret del capil·lar. Alguns
d'aquests àtoms creuen aquesta paret cap al teixit, on s'hi poden quedar o
tornar a creuar la paret i tornar a la sang on eren inicialment. La direcció
del moviment es produeix aleatòriament, però en aquest cas hi ha molts més
àtoms que topen amb la paret del capil·lar des de l'interior que no pas des del
teixit, per tant, en termes absoluts la difusió es produeix des de la sang cap
al teixit. En algun punt entremig de les imatges 1A i 1B la PHe del teixit
augmentaria fins als 250mmHg. Arribats a aquest punt, els àtoms d'heli que es
troben en el teixit topen amb la paret externa del capil·lar amb la meitat de
la freqüència en que ho fan els àtoms que des del capil·lar topen amb la paret
interna, per tant, en termes absoluts la difusió d'heli es segueix produint de
dins cap a fora del capil·lar però a una velocitat igual a la meitat a
l'experimentada en la imatge A. Finalment, després d'un temps determinat,
s'assoleix l'equilibri i trobem una pressió parcial d'heli de 500mmHg a banda i
banda de la paret del capil·lar, imatge 1B.
Mentre hi ha aquest equilibri, els àtoms d'heli segueixen creuant la
paret capil·lar, però aquesta vegada la freqüència de sortida i d'entrada és la
mateixa, per tant en termes absoluts la difusió d'heli és zero.
En la imatge 1C, hi trobem una situació
similar a la de la imatge 1A però amb la diferència que entre la sang i el
teixit ja hi ha un equilibri de la pressió parcial de nitrogen (PpN2) de 500mmHg. El nitrogen, com que ja es troba en
equilibri, les seves molècules difonen cap a dins i cap a fora dels capil·lars
en la mateixa freqüència. Assumint que la pressió ambiental és d'igual o més de
1000mmHg, quan la sang que conté 500mmHg de Pp(N2) i 500mg de Pp(He) arriba al teixit, l'Heli difon
cap aquest de la mateixa manera en que ho feia en la imatge 1A. Les molècules
de nitrogen no bloquegen la difusió de l'heli des de la sang cap al teixit, per
tant, arribarà a la situació d'equilibri (imatge 1D) amb la mateixa rapidesa a
com ho feia en un teixit sense nitrogen (imatge 1B).
Quan un gas difon a través d'un líquid, les
interaccions entre les molècules de gas i les del líquid predominen per sobre
de qualsevol altra interacció entre molècules de gas. Per exemple, si tenim aigua
que està saturada de nitrogen a 1ATA i a 37ºC, les molècules de nitrogen
representen només un 0.01% del nombre total de molècules de la dissolució. Si
augmentem la saturació de nitrogen a 2ATM, l'increment de molècules de nitrogen
és només de 0.02%. A més a més, en realitat les possibilitats d'interacció
entre molècules d'aigua i de nitrogen són més elevades degut a que les molècules
d'aigua són considerablement més grans que les de qualsevol gas. Tanmateix, degut
a les interaccions dissolvent-solut (aigua-gas), les molècules de gas dissoltes
acostumen a envoltar-se per molècules d'aigua, per tant, la idea de que els
àtoms de gas o molècules dissoltes en un teixit poden empènyer a altres
molècules de gas fora del teixit degut a les interaccions gas-gas és
incorrecta.
<Continua a la segona part>
Adaptat i traduït al català per Èric Yherla
