diumenge, 25 de maig de 2014

Teoria de la descompressió: La finestra d'oxigen

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. En persones sanes i en condicions normals, la ventilació, el flux sanguini dels pulmons, el flux de sang als teixits i el metabolisme poden variar considerablement. El flux sanguini, la ventilació i el metabolisme es modifiquen constantment tant en àrees concretes com a nivell sistèmic (arreu de l'organisme). Aquestes variacions afecten al delicat procés d'intercanvi de gasos que té lloc als pulmons i als teixits. Per simplificar aquest procés tan complex, bona part de la fisiologia s'ha reduït a termes més senzills. No obstant, les descripcions que es fan mostren de manera clara el procés d'absorció i d'eliminació del gas, encara que els resultats corresponen a valors generals. La pressió parcial es mesura en mil·límetres de mercuri (mm Hg) i 1 atm equival a 760mmHg. Si utilitzem el Sistema Internacional d'Unitats, hem de dividir-ho per 7,5 i d'aquesta manera passem els mmHg a kilopascals.


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

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada