schimbul de gaze la nivel pulmonar

Cum se face schimbul de gaze la nivel pulmonar? Informații care îți susțin sănătatea

Redactor specializat
Biochimist, psihoterapeut, formare nutriție și terapii complementare
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.


Respirația este un proces complex , care nu se rezumă la un simplu du-te-vino al aerului în și din plămâni. În realitate, sistemul respirator funcționează cu o mare precizie pentru a prelua oxigenul necesar vieții și a elimina dioxidul de carbon rezidual. Acest proces implică o serie de structuri, de la plămâni și inimă la sistemul circulator și fiecare organ în parte. Schimbul de gaze la nivel pulmonar se face respectând o serie de legități fizice și biologice, depinde de densități și gradiente și este reglat de centrii respiratori de la nivel cerebral.

Schimbul de gaze la nivel pulmonar reprezintă doar o etapă a procesului respirator. Oxigenul din aerul inhalat trece în sânge la nivelul alveolelor pulmonare și este transportat la toate organele și țesuturile corpului. La acest nivel are loc etapa celulară a respirației, în care oxigenul pătrunde în celule, pentru a întreține arderile, producerea de energie și funcționarea celulelor. Dioxidul de carbon rezultat din procesele celulare este preluat în sânge, transportat înapoi în plămâni și eliminat prin căile respiratorii.

Aceasta este o descriere succintă a mecanismului respirației, care se desfășoară clipă de clipă pentru ca noi să ne menținem în viață și ca organismul să funcționeze adecvat. Afectarea fiecărei etape a respirației poate produce mari neajunsuri și poate fi chiar fatală. În articolul de față ne vom concentra pe schimbul de gaze la nivel pulmonar, parte din prima etapă a procesului respirator. Vom descrie în detaliu cum are loc schimbul de oxigen și dioxid de carbon la nivelul alveolelor pulmonare și ce efecte se produc atunci când schimbul de gaze la nivel pulmonar este perturbat.

Care sunt etapele procesului respirator

Așa cum am precizat deja, respirația are loc în mai multe etape. Mai precis, pot fi descrise trei etape ale acestui proces, iar schimbul de gaze la nivel pulmonar face parte din prima etapă respiratorie.

Cele 3 etape prin care se desfășoară respirația sunt reprezentate de:

  1. Etapa pulmonară
  2. Etapa sanguină
  3. Etapa tisulară sau respirația celulară

La rândul său, etapa pulmonară cuprinde:

  • Ventilația pulmonară
  • Perfuzia pulmonară și difuziunea alveolo- capilară, care reprezintă, de fapt, schimbul de gaze la nivel pulmonar

Difuzia reprezintă mișcarea spontană a gazelor, fără utilizarea vreunei energie sau efort de către organism, între alveole și capilarele din plămâni.

Perfuzia este procesul prin care sistemul cardiovascular pompează sânge în plămâni și în alte organe și țesuturi ale corpului.

Respirația etapa pulmonară

Unul dintre rolurile majore ale plămânilor este de a facilita schimbul de gaze între sistemul circulator și mediul extern. Etapa pulmonară a respirației începe la nivelul căilor respiratorii superioare, prin inhalarea aerului cu oxigen. Acest aer circulă prin căile respiratorii până la nivelul alveolelor pulmonare, unde are loc schimbul de gaze.

Aerul intră în corp prin gură sau nas și se deplasează rapid către faringe sau gât. De acolo, trece prin laringe sau cutia vocală și intră în trahee. Traheea este un tub susținut de inele de cartilaj care îl împiedică să se prăbușească.

În plămâni, traheea se ramifică într-o bronhie stângă și dreaptă. Acestea se împart în ramuri din ce în ce mai mici numite bronhiole.

Cele mai mici bronhiole se termină în mici saci de aer, respectiv alveolele pulmonare. Alveolele se umflă atunci când o persoană inspiră și se dezumflă atunci când o persoană expiră.

În timpul schimbului de gaze, oxigenul se deplasează din plămâni în fluxul sanguin. În același timp, dioxidul de carbon trece din sânge în plămâni. Acest lucru se întâmplă în plămâni, între alveole și o rețea de vase de sânge minuscule numite capilare, care sunt situate în pereții alveolelor.

Ce este ventilația pulmonară

Inspirația și expirația aerului în și din plămâni constituie ventilația pulomonară.

Conform unui material publicat pe formaremedicală.ro, parte a cursului ”BPOC în practica medicului de familie”, ventilația pulmonară ”este procesul prin care se realizează circulația alternativă a aerului între mediu ambiant și alveolele pulmonare, antrenând astfel pătrunderea aerului bogat în oxigen către alveole și eliminarea dioxidului de carbon către exterior. ”

Plămânii sunt formați din căi respiratorii ramificate care se termină în bronhiole și alveole respiratorii, ce participă la schimbul de gaze la nivel pulmonar. Majoritatea bronhiolelor și căilor respiratorii mari fac parte din zona conducătoare a plămânului, care furnizează gaz în locurile de schimb de gaze din alveole.

Ventilația se realizează prin mișcările cutiei toracice induse de mușchii respiratori ca urmare a diferențelor de presiune dintre aerul atmosferic și cel din plămâni.

Mișcările inspiratorii determină creșterea cutiei toracice și expansiunea pulmonară care au ca rezultat scăderea presiunii aerului în plămâni. Ca urmare, aerul din mediul ambiant, cu oxigen, pătrunde în plămâni, unde are loc schimbul de gaze.

Expirația are loc în mod pasiv, prin relaxarea diafragmei și mușchilor intercostali și expulzarea aerului din plămâni.

Sângele bogat în oxigen călătorește din plămâni prin venele pulmonare în partea stângă a inimii, care pompează sângele în restul corpului. Sângele cu deficit de oxigen, bogat în dioxid de carbon se întoarce în partea dreaptă a inimii prin 2 vene mari, vena cavă superioară și vena cavă inferioară. Apoi sângele este pompat prin artera pulmonară către plămâni, unde preia oxigen și eliberează dioxid de carbon.

Cum are loc schimbul de gaze la nivel pulmonar

Schimbul de gaze la nivel pulmonar are loc în zona respiratorie a plămânului, unde sunt prezente alveolele pulmonare. Zona respiratorie a plămânului include bronhiole respiratorii, canale alveolare, saci alveolari și alveole. Septurile alveolare subțiri separă alveolele adiacente. Alveolele adiacente au conexiuni prin mici deschideri, numite pori de Kohn, care permit fluxul colateral de aer și egalizarea presiunii între alveole. Controlul deschiderii sau închiderii alveolelor pentru reglarea ventilației are loc la nivelul canalului alveolar. Septul alveolar are numeroase capilare și pereți subțiri pentru schimbul de gaze. Pe lângă celulele endoteliale capilare, septul alveolar conține pneumocite de tip I care sunt foarte subțiri și căptușesc alveolele, precum și pneumocite de tip II care secretă surfactant dipalmitoilfosfatidilcolină pentru a scădea tensiunea superficială alveolară.

schimbul de gaze la nivel pulmonar

Ce condiții facilitează schimbul de gaze la nivel pulmonar

Schimbul de gaze are loc în plămâni, între aerul alveolar și sângele capilarelor pulmonare. Pentru ca un schimbul de gaze la nivel pulmonar să fie eficient, alveolele trebuie să fie ventilate și perfuzate.

Ventilația se referă la fluxul de aer în și din alveole, în timp ce perfuzia se referă la fluxul de sânge către capilarele alveolare. Alveolele individuale au grade variabile de ventilație și perfuzie în diferite regiuni ale plămânilor. Modificările ventilației și perfuziei în plămâni sunt măsurate clinic folosind raportul dintre ventilație și perfuzie. Modificările acestui raport pot afecta schimbul de gaze și pot contribui la hipoxemie.

Oxigenul inhalat intră în plămâni și ajunge la nivelul alveolelor pulmonare. Straturile de celule care căptușesc alveolele și capilarele din jur sunt în contact foarte strâns unele cu altele. Această barieră între aer și sânge are o grosime de aproximativ 1 micron (1/1000 de milimetru). Oxigenul trece rapid prin această barieră aer-sânge în sângele din capilare. În mod similar, dioxidul de carbon trece din sânge în alveole și apoi este expirat.

”Oxigenarea sângelui din capilarele pulmonare poartă numele de hematoză pulmonară. În repaus sângele arterial transportă,  sub formă de HbO2,  97,5% din cantitatea totală de O2 . Datorită fierului bivalent pe care îl conține, hemoglobina se combină foarte rapid cu O2 , fiecare din cei 4 atomi de fier ai grupărilor hem putând fixă o moleculă de oxigen.”, se arată pe formaremedicală.ro

Cum difuzează gazele din alveolele pulmonare în sânge și invers

Cele două medii separate de membrana alveolo- capilară au presiuni diferite de oxigen și dioxid de carbon, ceea ce permite difuzia gazelor. În aerul alveolar, presiunea oxigenului este mai mare decât în sângele  capilar (100 mmHg față de 40 mmHg) ceea ce face ca O2 să treacă din aerul alveolar în capilare. Dioxidul de carbon trece din sângele venos, unde se găsește la o presiune de cca 47mmHg în aerul alveolar, unde presiunea sa parțială este de doar 40 mmHg.

”Difuziunea oxigenului şi a dioxidului de carbon între alveolă şi capilar se realizează prin membrana alveolo-capilară, sub acţiunea gradientelor de presiune parţială a gazelor în aer şi plasmă şi sunt favorizate de particularităţile membranei alveolocapilare.”, precizează dr. Chiuțu Luminița pe atimures.ro

Conform legii lui Fick a difuziei, difuzia unui gaz prin membrana alveolară crește cu:

  • Suprafața crescută a membranei
  • Diferenta de presiune alveolară crescuta
  • Solubilitate crescută a gazului
  • Scăderea grosimii membranei

Pentru a sprijini absorbția oxigenului și eliberarea de dioxid de carbon aproximativ 5 până la 8 litri de aer pe minut pătrund și ies din plămâni. Aproximativ 0,3 litri de oxigen sunt transferați din alveole în sânge în fiecare minut, chiar și atunci când persoana este în repaus. În același timp, un volum similar de dioxid de carbon se deplasează din sânge în alveole și este expirat.

În timpul exercițiilor fizice, este posibil ca o persoană să inspire și să expire mai mult de 100 de litri de aer pe minut și să extrageți 3 litri de oxigen din acest aer pe minut. Rata de utilizare a oxigenului de către organism este o măsură a ratei de energie consumată de organism.

Ce se întâmplă dacă este afectat schimbul de gaze la nivel pulmonar

O serie de condiții pot afecta ventilația și difuzia gazelor la nivelul alveolelor pulmonare.  

Ce condiții pot afecta ventilația la nivelul alveolelor pulmonare

De exemplu, astmul provoacă bronhoconstricție și scade ventilația, rezultând un raport scăzut între ventialție și perfuzie.

În cazul astmului bronșic, oxigenoterapia este indicată deoarece încă mai are loc o oarecare ventilație a alveolelor bronhoconstrânse, iar oxigenoterapia crește PAO2 alveolelor cu fluxul de aer obstrucționat. Tratamentul cu un bronhodilatator, cum ar fi un agonist beta-2, este mai benefic pentru pacienții cu astm bronșic decât terapia cu oxigen datorită reducerii bronhoconstricției.

Modificări ale raportului ventilație- perfuzie pot apărea în cazul emboliei pulmonare. Embolii (cheagurile de sânge) pot restricționa fluxul sanguin în circulația pulmonară, rezultând alveole care sunt ventilate, dar nu perfuzate. Acest lucru are ca rezultat un raport crescut ventilație-perfuzie  și o scădere a schimbului de gaze. Schimbul de gaze afectat poate provoca hipoxemie în cazurile de embolie pulmonară.

Ce condiții pot afecta difuzia la nivelul alveolelor pulmonare

O varietate de condiții pot afecta difuzia la nivelul alveolelor. În fibroza pulmonară, îngroșarea țesutului pulmonar crește grosimea peretelui alveolar, scăzând difuzia oxigenului din alveole în sângele capilar.

Scăderea difuziei are loc și în cazul emfizemului pulmonar și al BPOC, din cauza distrugerii alveolelor și diminuării zonei de schimb gazos. Difuzia scăzută cauzează uneori schimburi de oxigen limitate de difuzie în timpul efortului, deoarece frecvența cardiacă crescută reduce timpul petrecut de sânge în capilarele alveolare pentru schimbul de gaze.

O cauză semnificativă a problemelor de difuzie este edemul pulmonar, deoarece lichidul din plămâni crește grosimea efectivă a peretelui alveolar și scade aria de schimb gazos. Edemul pulmonar are ca rezultat hipoxemie mai mare decât hipercapnia, deoarece dioxidul de carbon se poate dizolva mai ușor în lichid pentru a ajunge la membrana alveolară pentru schimb. Edemul împiedică aerul să ajungă la capilarele pulmonare, rezultând perfuzie fără ventilație.

Sindromul de detresă respiratorie acută și sepsisul pot determina creșterea permeabilității capilare pentru a provoca edem pulmonar. Scăderea presiunii osmotice capilare poate provoca, de asemenea, edem pulmonar, așa cum se întâmplă în sindromul nefrotic și insuficiența hepatică. Edemul pulmonar poate rezulta și din drenajul limfatic obstrucționat al lichidului filtrat, așa cum poate apărea în cazul tumorilor.

Surse: