Este documento presenta los principios físicos fundamentales de la respiración, incluyendo las leyes de los gases y sus propiedades. Explica que el aire es una mezcla de gases y cómo se calcula la presión parcial de cada uno. También describe conceptos clave como temperatura, presión, volumen y cómo estas propiedades se relacionan según las leyes de Boyle, Charles y Avogadro.

1. BIOFISICA DE LA RESPIRACION NÉSTOR LOPEZ A.
Docente UCSUR

2. INTRODUCCIÓN
• La ventilación y la perfusión pulmonar y la
transferencia de los gases obedecen
estrictamente fuerzas físicas, tal vez más que
en ningún otro sistema vital. Por ello es
preciso revisar primero algunos principios
básicos de la física de los gases.

3. TRES PRINCIPIOS FÍSICOS DE LOS GASES
 1. El gas ocupa un VOLUMEN (V).
 2. El gas ejerce una PRESION (P) dentro de
este volumen.
 La frecuencia de la colisión de las moléculas
contra las paredes del recipiente determina
la presión.
 3. El gas tiene una TEMPERATURA (T). La
temperatura determina la velocidad del
movimiento y colisión de las moléculas del
gas.

4. LAS LEYES DE LOS GASES
• 1. La presión total de una mezcla de gases es
la suma de las presiones de los gases
individuales (ley de Dalton).
• 2. Los gases, solos o en una mezcla, se
desplazan desde áreas de mayor presión hacia
áreas de menor presión.
• 3. Si se modifica el volumen de un recipiente
que contiene gas, la presión del gas cambiara
de manera inversa (Ley de Boyle)

5. El AIRE ES UNA MEZCLA DE GASES
• La atmosfera que rodea la tierra es una mezcla de
gases y vapor de agua.
• Por ejemplo, dado que el oxígeno constituye alrededor
de 21% de la atmósfera,
• su presión parcial (que se abrevia PO2) es de 21% de
760, o alrededor de 159 mm Hg.
• El nitrógeno constituye aproximadamente 78% de la
atmósfera, de modo que su presión parcial es igual a
0.78 × 760 = 593 mm Hg.
• De este modo, estos dos gases contribuyen a alrededor
de 99% de la presión total de 760 mm Hg:

6. El AIRE ES UNA MEZCLA DE GASES
P atmosfera seca = PN2 + PO2 + PCO2 = 760 mm Hg

7. GASES
GAS IDEAL (DILUIDO)
Son los gases que intervienen en la
respiración entre las fases liquidas y
gaseosas.
INTERACCION
Una cantidad de gas ocupa un volumen
definido a una presión y temperatura
dadas.
EXPANSION
Una cantidad de gas no posee volumen o
una densidad definida, sino que se
expande hasta llenar el recipiente en el
que este contenido.
MOVIMIENTO
Son sustancias cuyas moléculas están en
constante movimiento, ejercen presión y
generan calor o temperatura.

8. GASES
MASA (M)
Representa el tamaño del número de
moléculas. Cuando actúan contra
gravedad tienen peso.
VOLUMEN (V)
Es el espacio ocupado por un gas. Si un
gas se comprime, su presión y volumen
se modificarán de acuerdo a las leyes de
los gases.
DENSIDAD
Las densidades se pueden relacionar
con la masa y el volumen porque
cuando M sea igual a la masa atómica y
V al volumen molecular.

9. GASES
TEMPERATURA
Es un propiedad física de los gases, representa
el movimiento molecular. A temperaturas elevadas
las moléculas se mueven más rápido lo cual va a
generar mas calor.
°K = °C + 273
0°K = -273 Celsius
37°C = 310° K
0° C = 273°K

10. Fisiología del Sistema Respiratorio
• Propiedades de los Gases
• La temperatura es un propiedad física
• de los gases. A temperaturas altas sus
• moléculas se mueven más rápido
• La temperatura se puede expresar en
• Grados Kelvin °K = °C + 273
• En escala K, 0°K = -273 Celcius
• 0° C = 273°K
• 37°C = 310° K

11. GASES
PRESION
Es la fuerza que ejerce las moléculas en un
área especifica, determinada por la
frecuencia de movimiento molecular
contra la superficie.
En fisiología pulmonar la presión de un gas
se expresa en mmHg o en Torr.
1 mmHg =1Torr
La presión del aire a nivel del mar es igual a
760 mmHg.
La presión de un gas disuelto en líquido se
llama tensión del gas.
Los fisiólogos de la respiración se refieren a
veces a las presiones de gas en unidades
de centímetros de agua
1 mmHg =1Torr = 1.36 cm H2O

12. GASES
PRESION DEL VAPOR DE AGUA
(PH2O)
Corresponde al agua en fase gaseosa.
El vapor de agua ejerce presión.
La presión de vapor de agua depende de la
temperatura.
El aire inspirado después de su paso por las
vías respiratorias superiores se encuentra
saturado con vapor de H2O.
La presión del gas húmedo inspirado, en una
persona con 37 °C de temperatura corporal
será:
En Lima donde PB = 760 mmHg:
Presión gas seco inspirado = 760 - 47 =
713 mmHg
En Cusco PB = 480 mmHg:
Presión gas seco inspirado = 480 - 47 =
433 mmHg

13. GASES

14. GASES
PRESION ATMOSFERICA
Es la presión que ejerce el aire sobre la Tierra.
A nivel del mar el valor promedio es una atmosfera (760mmHg).
1643, E.Torricelli
1648, Pascal, Pelier

15. GASES CAPAS FENOMENOS
EXOSFERA Vacío casi absoluto. Zona de
circulación de satélites aerofisicos.
IONOSFERA Producción de iones. Capas
electrizadas. Reflejan ondas
radio. Auroras y bólidos
MESOSFERA Producción de iones. Transformación
de los rayos cósmicos primarios en
secundarios.
ESTRATOSFERA Aire en calma. Nubes irisadas.
TROPOSFERA Fenómenos meteorológicos: nubes,
vientos, lluvia, etc.
Zona Fisiológica: 0 – 10 000 pies

16. Porcentaje por volumen
Gas Volumen
Nitrógeno (N2) 78,084%
Oxígeno (O2) 20,946%
Argón (Ar) 0,9340%
Dióxido de carbono (CO2) 0,039%
Neón (Ne) 0,001818%
Helio (He) 0,000524%
Metano (CH4) 0,000179%
Kriptón (Kr) 0,000114%
Hidrógeno (H2) 0,000055%
Óxido nitroso (N2O) 0,00003%
Monóxido de carbono (CO) 0,00001%
Xenón (Xe) 0,000009%
Ozono (O3) 0 a 7×10−6%
Dióxido de nitrógeno (NO2) 0,000002%
Yodo (I2) 0,000001%
Amoníaco (NH3) trazas
No incluido en aire seco:
Vapor de agua (H2O)
~0,40% en capas altas de la atmósfera
1% a 4% normalmente en la superficie.

17. GASES
Altura (msnm) PB (Torr) PiO2 (Torr)
0 760 149
1500 630 122
2500 564 108
3000 523 100
3600 483 91
4600 412 76
5500 379 69
6100 349 63
7300 280 52
8848 253 43
Adaptado de El Reto Fisiológico de Vivir en los Andes. Cap. 1, Pág.31, UPCH, 2003, Lima-Perú.

18. CALCULANDO.
• La presión parcial de un gas se obtiene multiplicando su
concentración por la presión total
• Ejemplo: el aire seco tiene un 20.93% de O2 su presión
parcial (Po2) a nivel del mar 760 mm Hg. Entonces.
20.93 /100 x 760= 159 mmHg

19. Presión parcial de 02 inspirado
• La presión parcial de un gas se obtiene multiplicando su
concentración por la presión total
• Ejemplo: el aire seco tiene un 20.93% de O2 su presión
parcial (Po2) a nivel del mar 760 mm Hg. Entonces:
20.93 /100 x 760= 159 mmHg
Cuando el aire entra en la vías respiratorias superiores, se
caliente y humedece y la presión del vapor de agua es entonces
47mmHg . De modo que la presión total del aire seco es de 760
mmHg Entonces:
760-47= 713 mmHg La Po2 del aire inspirado es por lo tanto, de
20.93/100 x 713= 149 mmHg.

20. PO2 =21% 150 mmHg
PO2 = 31,5 mmHg
PO2 =21% 300 mmHg
PO2 = 63 mmHg
PO2 =21% 500 mmHg
PO2 = 105 mmHg
PO2 =21% 760 mmHg
PO2 = 159,6 mmHg
GASES
ALTITUD
Distancia vertical
entre un nivel,
punto u objeto
considerado como
punto, y el nivel
medio del mar.
ALTURA
Distancia vertical
entre un punto y la
superficie de la
tierra o cualquier
otro punto de
referencia.

23. LEYES DE LOS GASES
LEY DE BOYLE - MARIOTTE
P1V1 = P2V2
•A temperatura constante el producto de la presión por el volumen de un gas es constante.
•La presión de una masa de gas es inversamente proporcional a su volumen (a temperatura
constante).
Cuando el alvéolo aumenta su volumen debido a la tracción del tórax, la presión dentro del
mismo disminuye, como lo expresa esta ley y permite el flujo desde la atmósfera.
Es decir, mientras menos volumen ocupe un gas, las moléculas estarán más concentradas y
ejercerán mayor presión. (¿Alguna vez se quedó encerrado en un ascensor lleno de gente?).

24. EJEMPLO
• Considere u recipiente de un litro (V1) de un gas cuya presión es de 100
mmHg (P1) ¿ que le sucederá a la presión del gas cuando la tapa del
recipiente desciende disminuyendo el volumen a 0.5 L? de acuerdo con
nuestra ecuación
100 mmHg x 1L = P2 x 0.5L
P2 200 mmHg
• Esta relación presión volumen fue identificada por primera ves en el siglo XVIII
P1V1 = P2V2

25. LEYES DE LOS GASES
LEY DE CHARLES
V1 / T1 = V2 / T2
Si la presión de un gas es constante, el volumen y la temperatura varían en forma
directamente proporcional.
V1: Volumen inicial
T1: Temperatura inicial
V2: Volumen final
T2: Temperatura final
Para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la
temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen
del gas disminuye.

26. En 1787, el físico frances J. Charles propuso por
primera vez la relación proporcional entre el volumen
y la temperatura de los gases a presión constante.
A presión constante el volumen de un gas aumenta con la temperatura.

27. LEYES DE LOS GASES
LEY DE AVOGADRO
El número de Avogadro = 6.023 x 1023 es el número de moléculas en una masa de
gas igual a su peso molecular en gramos.
Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas
condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas.
PM O2 = 32g, entonces 32g O2 contienen 6.023 x 10 23 moléculas

28. LEYES DE LOS GASES
LEY DE GAY-LUSSAC
P1 / T1 = P2 / T2
Si el volumen de un gas se mantiene constante, la presión y la temperatura varían en forma
directamente proporcional.
P1: Presión inicial
T1: Temperatura inicial
P2: Presión final
T2: Temperatura final
Para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la
temperatura, la presión del gas aumenta y al disminuir la temperatura la presion del
gas disminuye.

29. Ley de Boyle- Mariotte(isotérmica)
“A temperatura absoluta constante, el volumen que ocupa una muestra de un
gas, varia en forma inversamente proporcional a la presión que esta sometido
dicho gas."

30. LEYES DE LOS GASES
ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES
PV = RTn
P: Presión (mmHg)
V: Volumen (L)
n: moles del gas (mol)
R: Constante universal de los
gases
T: Temperatura (K)
• Ley de Boyle: V α
1/P (a n y T
constantes)
• Ley de Charles: V α
T (a n y P
constantes)
• Ley de Avogrado: V α
n (a P y T
constantes)
V α nT/P
V = RnT/P

31. LEYES DE LOS GASES
LEY DE DALTON
PT = P1 + P2 + P3 + …..
Expresa que, así como nuestros problemas, los gases tienden a ocupar el espacio del
recipiente que uno les deje.
•En una mezcla de gases la presión total es igual a la suma de las presiones parciales de los
gases componentes.
•Si hay una mezcla de ellos, cada uno participa con una fracción de la presión total,
denominada presión parcial.
PT: Presión total de los gases en la mezcla
P1: Presión parcial del gas 1 en la mezcla
P2: Presión parcial del gas 2 en la mezcla
P3: Presión parcial del gas 3 en la mezcla
La suma de las presiones individuales de los gases en el aire será igual a la presión
atmosférica (PB).
PB = PN2 + PO2 + PH2O + PCO2

32. ¿Cuál será la
presión de oxigeno
en el monte Everest?

33. Podemos Concluir

35. BTPS
Temperatura corporal, presión del gas saturada con vapor de agua a
temperatura corporal (37° C = 47 mmHg).
ATPS, BTPS, STPD
LEYES DE LOS GASES
Formas de expresar las características de los gases en diferentes
condiciones
ATPS
Temperatura ambiente y presión del gas saturada con vapor de agua a la
temperatura del ambiente (25°C = 24 mmHg).
STPD
Condiciones estándar de temperatura, presión y aire seco; es decir, no saturado
por vapor de agua.

36. Podemos convertir las medidas de un gas
tomadas por un espirómetro (ATPS) a
condiciones corporales (BTPS).
“La misma cantidad de aire ocupa un
volumen diferente dentro de los pulmones y
en el espirómetro”
LEYES DE LOS GASES

37. LEYES DE LOS GASES
CONDICIONES ATPS
• V1: Volumen del gas colectado
por el espirómetro
• T1: T °C (ambiental) + 273 °K
• T1: 25 + 273 °K
• T1: 298 °K
• P1: Patm – PH2O(a temperatura
ambiental)
• P1: 760 – 24 mmHg
• P1: 736 mmHg
CONDICIONES BTPS
• V2: Volumen del gas a ser
determinado
• T2: T °C (corporal) + 273 °K
• T2: 37 + 273 °K
• T2: 310 °K
• P2: Patm – PH2O(a temperatura
corporal)
• P2: 760 – 47 mmHg
• P2: 713 mmHg

38. REPRESENTACION ESQUEMATICA DE UN ALVEOLO Y UN CAPILAR PULMONAR
CERCANO

39. Patm = 760 mmHg
PPO2
= 21% 760 mmHg
PPO2
= 159.6 mmHg
PIO2
= 21% (Patm – PH2O)
PIO2
= 21% (760 – 47) mmHg
PIO2
= 149.73 mmHg
PAO2
= 21% (Patm – PH2O) – PACO2
/R
PAO2
= 21% (760 – 47) – 50
PAO2
= 99.73 mmHg

41. Según la ecuación simplificada del aire alveolar, la presión
alveolar de O2 en condiciones de ventilación normal y a
nivel del mar es:

42. LEYES DE LOS GASES
LEY DE FICK
Si un paciente presenta engrosamiento de la membrana alveolo-capilar, ¿qué estrategia
puede utilizar manipulando alguno de los otros parámetros para mejorar la difusión de
oxígeno?
Vx: Volumen de gas transferido por unidad de tiempo
D: Coeficiente de difusión del gas
A: Area de superficie
ΔP: Diferencia de presión parcial del gas
ΔX: Espesor de la membrana
•Permite caracterizar la difusión de gases y otras sustancias a través de las membranas
biológicas.

43. LEYES DE LOS GASES
LEY DE GRAHAM
La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de
peso molecular.
Las densidades se pueden
relacionar con la masa y el
volumen porque cuando M sea
igual a la masa (peso) v
molecular y v al volumen
molecular, podemos establecer
la siguiente relación entre las
velocidades de difusión de
dos gases y su peso
molecular:

46. LEYES DE LOS GASES
LEY DE HENRY
C= K x P
El volumen de un gas disuelto en un líquido es proporcional a su presión parcial.
A mayor presión, mayor volumen del gas estará disuelto en el líquido. Esto explica por qué
en una botella de champaña o gaseosa no se ven burbujas hasta que se destapa.
C: Concentración del gas disuelto (ml de gas/ 100 ml sangre)
K: Constante de solubilidad del gas en sangre
P: Presión parcial del gas
Esto mismo les ocurre a los buzos con respecto al nitrógeno cuando ascienden bruscamente
de grandes profundidades (enfermedad por descompresión).
La brusca disminución de la presión (pasa de hiperbárica a atmosférica) hace que las
moléculas de gas disueltas en el líquido vuelvan al estado gaseoso y burbujeen.

47. ¿Cuál es la concentración
del O2 disuelto en la
sangre?
Concentración de O2 = PO2 x Solubilidad
= 100 mmHg x 0.003 mL de O2 /100 mL de sangre / mmHg
= 0.3 mL / 100 mL de sangre

48. LEYES DE LOS GASES
LEY DE LAPLACE-YOUNG
Permite explicar el comportamiento de los alvéolos (originalmente fue enunciada para
burbujas de jabón), de los aneurismas de la aorta y de la pared ventricular. entre otros.
P: Presión necesaria para mantener el alveolo
abierto
T: Tensión superficial
R: Radio del alveolo
La presión que tiende a colapsar un alveolo es directamente proporcional a la tensión
superficial generada por las moléculas de liquido que revisten el alveolo. Pero es
inversamente proporcional al radio alveolar.

50. LEY DE LAPLACE-YOUNG

52. GRACIAS