DENSIDAD DEL GAS INSPIRADO

    Si recordamos los parámetros de los que depende el flujo en un sistema de tubos llegamos a la ecuación:

FLUJO = GRADIENTE DE PRESIÓN / RESISTENCIA

    y en un sistema de flujo laminar la resistencia de acuerdo con la ecuación de Poiseuille depende de:

resistencia = [8 * longitud * viscosidad]  / [π* radio4]

    Sin embargo en muchas ocasiones en el sistema de tubos ramificados del árbol respiratorio el flujo en lugar de laminar (hipótesis razonable a nivel alveolar) es turbulento. En estos casos nos encontramos con que:

a) La relación con el radio no es con la cuarta potencia sino con la quinta.

b) El gradiente de presión es proporcional, no sólo al flujo, sino que se ha de tener en cuenta también el cuadrado del flujo, para ello se pueden utilizar en el humano dos expresiones que indican una situación mixta entre flujo puramente laminar y flujo turbulento.

gradiente de presión (cmH2O) = 2,4 * flujo + 0,3 * flujo2

gradiente de presión (cmH2O) = 2,4 *  flujo1,3

c) El gradiente de presión es independiente de la viscosidad y en cambio es proporcional a la densidad del gas.

    Por otra parte la existencia de un flujo turbulento se puede inferir a partir del valor del número de Reynolds (laminar si es menor de 1000, turbulento si sobrepasa 1500) que se calcula como:

velocidad del gas * diámetro del tubo * densidad del gas / viscosidad del gas

    por lo tanto en lo que se refiere al gas propiamente dicho, la relación densidad/viscosidad es el parámetro relevante para la presencia de flujo laminar o turbulento.

    Para las diversas mezclas de gas que se utilizan para respirar la viscosidad es bastante parecida, sin embargo la densidad varia mucho más. Por ejemplo si la viscosidad del aire se toma como unidad, la de una mezcla de He y oxígeno (80%:20%)  presenta una viscosidad de 1,08; sin embargo la densidad es 0,33. Esta es la razón por la que se ha propuesto la utilización de mezclas de He y oxígeno en el tratamiento de trastornos del flujo como en el asma y otras condiciones patológicas ya que el flujo turbulento requiere un mayor esfuerzo respiratorio que el laminar.

    De la ecuación de estado de los gases se deduce que la densidad depende de la presión:

ρ=pM/RT

    de manera que a 10 bar la densidad (para temperatura constante) será 10 veces mayor y por lo tanto el número de Reynolds resultará multiplicado por 10 incrementando la probabilidad de que el flujo sea turbulento en cuyo caso aumentará de forma notable la resistencia ya que en estos casos es proporcional a la densidad del gas. El resultado final es una disminución de el volumen máximo por minuto que es capaz de conseguir el sujeto de manera que se pasa de valores del orden de 200 l/min respirando aire a nivel del mar a niveles de tan sólo 50 l/min cuando se respira aire a 15 atmósferas.

    Por lo tanto cuando se respira gas a alta presión es importante que su densidad sea baja para compensar el efecto que sobre ella tiene el aumento de  presión del gas, esta es una de las razones por las que es preferible utilizar mezclas de He y oxígeno en lugar de aire a altas presiones. Por otra parte el aire a altas presiones provoca trastornos tanto por la alta presión parcial de nitrógeno como por la de oxígeno lo que justifica adicionalmente el empleo de mezclas He oxígeno.

    Desde el punto de vista de la función respiratoria un gas compuesto por He al 98% y oxígeno al 2% a 15 atmósferas proporciona una presión parcial de oxigeno de 0,3 atmósferas (228 mmHg) que está por encima de la que corresponde al aire a la presión atmosférica.

 

última revisión jueves, 05 agosto 2010 por miguel de córdoba