Biofisia

1. ESTADO GASEOSO
NATURALEZA DE LOS GASES
DRA. DOLORES VILLANUEVA ZAMBRANO

2. Concepto de Estado de gas
• Etimología latina: “chaos” caos.
• Van Helmont (1577-1644): “espíritus
desconocidos” producidos al quemar madera.
Una sustancia gaseosa consiste en el agregado de
moléculas independientes, muy pequeñas,
perfectamente elásticas y moviéndose en todas
direcciones.

3. Teoría cinética de los gases
• Entre 1850 y 1880 Maxwell, Clausius y Boltzmann
desarrollaron esta teoría, basada en la idea de que
todos los gases se comportan de forma similar en
cuanto al movimiento de partículas se refiere.

4. Teoría cinética de los gases. Modelo
molecular:
• Los gases presentan partículas separadas por distancias mucho
mayores que sus propias dimensiones
• Sus partículas están en constante movimiento en línea recta, al
azar en todas la direcciones.
• El número de partículas por unidad de volumen es muy
pequeño.
• Las partículas chocan entre sí y con las paredes del recipiente
que lo contiene. Estos choques son elásticos, es decir, las
partículas no ganan ni pierden energía cinética en ellos.
• La presión del gas se produce por las colisiones de las partículas
con las paredes del recipiente.
• Como las partículas permanecen separadas, las fuerzas
atractivas y repulsivas entre ellas se consideran despreciables.

5. “LA TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR DE
LOS GASES”
La energía cinética promedio de las partículas es
proporcional a la temperatura del gas (en
Kelvin), la energía cinética promedio de una
partícula está dada por:
Ec = ½ mv2
Donde:
Ec = Energía Cinética.
m = Masa de la partícula
v= Velocidad de la partícula.

6. Recordar…
• Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a
diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo.
• También son fluidos, como los líquidos.
• En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas
son muy pequeñas
• Sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan
todo el espacio disponible. Esto explica las propiedades de
expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases
• La compresibilidad tiene un límites, si se reduce mucho el
volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará
a estado líquido

7. CARACTERISTICAS DE LOS
GASES

8. Comprensión
• Considerando la distancia entre las moléculas de
un gas, se hace posible
• su compresibilidad, es decir, la reducción o
disminución de los espacios vacíos entre ellas; lo
cual se logra aumentando la presión y/o
disminuyendo la temperatura.

9. Expansión
• Cuando se calienta una muestra de gas, aumenta
la velocidad promedio de sus partículas, las cuales
se mueven en un espacio mayor, dando como
resultado que todo el gas aumenta su volumen se
han expandido.

10. Ejercen presión sobre el recipiente que los
contienen
• Al estar en continuo movimiento, las partículas de
un gas chocan contra las paredes del
recipiente que los contiene, ejerciendo presión
sobre ellas.

11. Difusión
• Cuando dos gases entran en contacto, se
mezclan hasta quedar uniformemente
• repartidas las partículas de uno en otro, esto
es posible por el gran espacio existente entre sus
partículas y por el continuo movimiento de estas.

12. Efusión
• Es un proceso mediante el cual las moléculas de
gas se escapan de un contenedor vacío a través de
un pequeño agujero. Se supone que mientras que
una molécula es la salida, no hay colisiones en esa
molécula.
• Las moléculas más ligeras son las primeras en salir
porque tienen mayor velocidad.

13. Variables que afectan el
comportamiento de los gases

14. 1. PRESIÓN
• Es la fuerza ejercida por unidad de área.
• Esta fuerza es uniforme sobre todas las partes del
recipiente.
• Se determina por la frecuencia de movimiento de
las moléculas contra una superficie.

15. 2. TEMPERATURA
• La temperatura de un gas es proporcional a la
energía cinética media de las moléculas del gas.
A mayor energía cinética mayor temperatura y
viceversa.
• La temperatura de los gases se expresa en grados
kelvin.

16. 3. CANTIDAD
• La cantidad de un gas se mide en unidades de masa
(gramos).
• En el sistema de unidades SI, la cantidad se expresa
mediante el número de moles de sustancia: se calcula
dividiendo el peso del gas por su peso molecular.
• Un mol es una cantidad igual al número de Avogadro:
• 1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas
• 1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos
• La masa molar de una sustancia pura es la masa de 1
mol de dicha sustancia:

17. Ley de Avogadro
• Relación entre la cantidad de gas y su volumen
• Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del
siglo XIX, establece la relación entre la cantidad de gas
y su volumen cuando se mantienen constantes la
temperatura y la presión.
• volumen es directamente proporcional a la cantidad
de gas:
– Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen.
– Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen disminuye.

18. 4. VOLUMEN
• El gas llena completamente el recipiente que lo
contiene, por lo tanto el volumen será igual al
volumen del recipiente.
• Es el espacio ocupado por un gas.
• El gas es compresible y su volumen estará
determinado por el espacio ocupado
• Se mide en metros cúbicos (m3), centímetros
cúbicos (cm3), litros (L) y mililitros (mL).

19. 5. DENSIDAD
• Es la relación que se establece entre el peso molecular en
gramos de un gas y su volumen molar en litros.
• Es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el
volumen de un cuerpo.
• Sus unidades (kg/m3), o (g/cm3 ).
• Es una magnitud intensiva
• ρ es la densidad,
• m es la masa
• V es el volumen del determinado cuerpo.

20. Gases ideales
Son aquellos en los que consideramos que no existe
interacción
Que al chocar las moléculas, las colisiones son perfectamente
elásticas, es decir no hay pérdida de energía en forma de
calor.
En su fórmula se considera el número de moles (n), de dicho
gas y además la constante universal (R = 0.082 atm*L/mol*K).
Su fórmula es:
Evitando temperaturas extremadamente bajas y las presiones
muy elevadas, podemos considerar que los gases reales se
comportan como gases ideales....

21. LEYES DE LOS GASES EN MEDICINALEYES DE LOS GASES EN MEDICINA

22. Ley de Boyle
• El aire se comprime y aumenta la presión,
disminuyendo la distancia entre partículas y
observándose una disminución de volumen.
• “A temperatura constante, el volumen de un gas es
inversamente proporcional a la presión ”
• Es una relación entre presión y volumen inversamente
proporcional.
• P1V1 = P2V2

23. Ley de Charles y Gay –Lussac
• “A presión constante, el volumen de un gas es
directamente proporcional a su temperatura
absoluta”.
• V1 / T1 = V2 / T2

24. PP PP’’
TT TT’’
PP
TT
ISOVOLUMETRICOISOVOLUMETRICO
ISOCOROISOCORO
ISOMETRICOISOMETRICO
==
== KK
Ley de Charles
A PRESIÓN CONSTANTE TODOS
LOS GASES TIENEN EL MISMO
COEFICIENTE DE DILATACIÓN

25. Ley de Gay –Lussac de los volúmenes que
se combinan (1808)
• A temperatura y presión constante , los volúmenes
de los gases que intervienen en reacciones
químicas forman relaciones iguales a números
enteros y pequeños

26. Ley de Gay - Lussac
• ¿Por qué son más rápidas las ollas exprés en la
cocción de los alimentos?
• El volumen de una olla no cambia, al incrementarse la
temperatura y no dejar escapar su vapor, aumenta la
presión y chocan con mayor frecuencia los átomos y
moléculas del gas contenido en ella, esto hace que la
cocción se más rápida.
• Relaciona la presión (P) con la temperatura (T).
• P1 / T1 = P2 / T2

27. Pf = P1 + P2 + P3 + … +Pf = P1 + P2 + P3 + … + PnPn
PatmPatm = PN= PN22 + PO+ PO22 + PCO+ PCO22 + P+ P otrosotros
LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES DE
DALTON
• En una mezcla de gases cada uno se comporta como si
ocupara por si solo todo el volumen y ejerce una presión
parcial.
• La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a
la suma de presiones parciales de sus gases componentes
• (Cavendish, 1781 – Dalton, 1803).

28. Vd : Volumen disuelto del gasVd : Volumen disuelto del gas
P : Presión (en atm )P : Presión (en atm )
K : Coeficiente de solubilidadK : Coeficiente de solubilidad
Vt : Volumen total del aguaVt : Volumen total del agua
Vd = P . K . VtVd = P . K . Vt
Vd = P . KVd = P . K
La difusión de los gases en un
liquido es directamente
proporcional a su coeficiente de
solubilidad
El coeficiente de solubilidad es la
capacidad de un gas para difundirse
en un liquido a determinada
temperatura
LEY DE HENRY
( SOLUBILIDAD DE LOS GASES)

29. COEFICIENTES DE SOLUBILIDAD DE LOS GASES RESPIRATORIOS EN
EL AGUA ( A TEMPERATURA CORPORAL 37°C )
OXIGENO (O2) 0,024 (2)
ANHIDRIDO CARBONICO (CO2) 0,57 (50)
NITROGENO (N2) 0,012 (1)
MONOXIDO DE CARBONO (CO) 0,018 (1,5)
HELIO (He) 0,008 (0,6)
En fase liquido:
“El CO2 difunde 24 veces mas rápido que el oxigeno”
LEY DE HENRY
(SOLUBILIDAD DE LOS GASES)

30. La Ley de Henry
• Cuando un gas está en contacto con la superficie
de un líquido, la cantidad de gas que pasan a la
solución es proporcional a la presión parcial de
este gas.
• Por ejemplo, en el intercambio de gases de la
respiración, la solubilidad del dióxido de carbono
es 22 veces mayor que la de oxígeno cuando están
en contacto con el plasma del cuerpo humano.

31. La difusión de un gas, es inversamenteLa difusión de un gas, es inversamente
proporcional a la raíz cuadrada delproporcional a la raíz cuadrada del
peso molecularpeso molecular
En fase gas:
“El CO2 difunde mas lentamente que el oxigeno”
LEY DE GRAHAM
(De la Velocidad de Difusión)

32. La ley de Graham
• Cuando los gases se disuelven en líquidos, la tasa relativa
de la difusión de un gas es proporcional a su solubilidad en
el líquido e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de
su masa molecular.
• En la respiración la tasa de difusión relativa de oxígeno y
dióxido de carbono en el plasma del cuerpo humano, de
acuerdo con la ley de Graham, viene dado por
• El dióxido de carbono tiene 22 veces la solubilidad, pero es
más masiva (44 uma, frente a 32 para el oxígeno).

33. La ley de Fick
• La tasa de difusión de un gas a través de una membrana de
líquido. es proporcional a la diferencia de presión parcial,
proporcional a la superficie de la membrana e inversamente
proporcional al espesor de la membrana.
• La membrana de los pulmones (alvéolos) es aproximado a
100 m2 y tienen un grosor de menos de una millonésima de
un metro, por lo que es un intercambio de gases muy eficaz.
• La tasa relativa de intercambio de oxígeno y dióxido de
carbono a través de estas membranas finas depende de la
difusión y la solubilidad de los gases en la membrana de
líquido.

34. Los gases en el organismo
• El pulmón recambia los gases a través de la
membrana alveolo-capilar. (Ventilación)
• Respiración, se refiere al transporte de electrones
a través de mecanismos de oxido-reducción a un
aceptor final que es el oxigeno

35. Intensidad de la difusión
de los gases
• Gradiente de presión
• El peso molecular del gas
• Solubilidad del gas en el liquido
• La temperatura del liquido
• El espesor de la membrana
• La superficie de dicha membrana u área activa de
intercambio gaseoso
El área de intercambio gaseoso en un adulto es entre 70 y 100 m2 en promedio
La sangre total pulmonar esta entre 60 y 140cc

36. AFINIDAD DE LA HB CON LOS GASES:AFINIDAD DE LA HB CON LOS GASES:

37. LOS GASES EN EL
ENTORNO

38. Aire atmosférico
• Mezcla gaseosa considerada un reservorio de energía
• Constitución:
– Nitrógeno (N2) .................. 78,09%
– Oxígeno (O2) .................. 20,93%
– Argón (Ar) .................. 0,93%
– Dióxido de carbono (CO2) ..... 0,03%
– Otros (Ne, He, Kr, etc) ............ 0,02%
• Peso 1 mol de aire = 28.82 g
• 1cc de aire = 25 trillones de moléculas.

39. La atmósfera también almacena otros
gases…
• Vapor de agua (H2O)
• Ozono (O3)
• Clorofluorohidrocarbonos (CFC)
• Bióxido de azufre (SO2)
• Óxido nítrico
• Gases nobles
• El exceso de algunos de ellos genera contaminación atmosférica,
como: el calentamiento global , lluvia ácida y la degradación de la
capa de ozono (O3).

40. La presión atmosférica
• La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la
atmósfera sobre los cuerpos que están en la
superficie terrestre.
• Se origina del peso del aire que la forma.
• Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire
hay por encima de él, por consiguiente la presión
sobre él será menor.

41. Gas Aire Tráquea Alvéolos Sangre TejidosGas Aire Tráquea Alvéolos Sangre Tejidos
atmosféricoatmosférico (Mezcla de aire) arterial venosa(Mezcla de aire) arterial venosa
N2 596 564 573 573 573 573N2 596 564 573 573 573 573
O2 159 149 100 95 40 40O2 159 149 100 95 40 40
CO2 0,3 0,3 40 40 46 46CO2 0,3 0,3 40 40 46 46
H2O(g) 5,7 47 47 47 47 47H2O(g) 5,7 47 47 47 47 47
Total 760 760 760 755 706 706Total 760 760 760 755 706 706
PRESIONES PARCIALES DE GASES RESPIRATORIOSPRESIONES PARCIALES DE GASES RESPIRATORIOS
EN EL TRACTO RESPIRATORIO (En mm Hg)EN EL TRACTO RESPIRATORIO (En mm Hg)

42. LEYES DE
LOS GASES
EN
MEDICINA
ALTITUD
Y PRESION
Altitud miles
de m. s. n. m.
P. atm.
mmHg
PO2 (mmHg)
Aire
Traqueal
M
a
t
uc
a
n
a
M
é
xi
c
o
A
r
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p
a
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H
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a
r
a
z
Cuzco
P
u
n
o
E
v
e
r
e
s
t
Concorde
0
760
150
1
674
131
2
596
115
3
526
100
4
462
87
5
405
75
6
354
64
7
308
55
8
267
46
9
230
38
20
47
0

43. Barotraumatismo
• cualquier lesión causada por cambios de la presión
atmosférica.
• El tipo más común es la lesión en el tímpano
provocada por la reducción de la presión
atmosférica, especialmente durante los viajes
aéreos.

44. Enfermedad de las alturas
• Déficit agudo de oxígeno (hipoxia) provocado por
el exceso de altitud.
• En la troposfera se producen síntomas de hipoxia a
partir de 4.000 m.

45. Proceso de Aclimatación
• Aumenta la ventilación pulmonar
• Elevación de la capacidad de difusión pulmonar
(Área)
• Aumento de hemoglobina en sangre
• Aumento de la capacidad celular para el uso de
oxigeno
• Incremento del tejido vascular

46. Características del hombre de la altura
• Dimensión torácica aumentada, con respecto al
volumen corporal
• Hemoglobina aumentada y con mayor eficacia
• Corazón más desarrollado al igual que su sistema
circulatorio.

47. DESCOMPRESIÓN: BUZOS
• Los buzos deben adaptarse a las presiones
crecientes del descenso incrementando la presión
interna de los pulmones para crear una
compensación.

48. DESCOMPRESIÓN: BUZOS
• Si el buzo asciende muy deprisa a la superficie que
la elevada presión de los pulmones no puede
aliviarse gradualmente, esa presión interna,
descompensada, puede dañar los pulmones.

49. La espirometría
• La espiro-metría de "spiros" soplar, respirar y "metría"
medida.
• Es la más antigua de las maniobras exploratorias de la
función respiratoria.
• Con ella se registra y mide la cantidad de aire que
entra y sale, tanto en régimen de respiración normal
como cuando ésta es forzada, en la inspiración y
espiración.
• Esta prueba de función pulmonar que se realiza con el
espirómetro.

50. La espirometría
• La espirometría puede ser simple o forzada.
• La espirometría simple se pide al paciente que, después de
una inspiración máxima, expulse todo el volumen de aire
que sea capaz utilizando todo el tiempo que necesite.
• La espirometría forzada consiste en solicitar ala persona
que, tras una inspiración máxima, expulse todo el aire que
contengan sus pulmones en el menor tiempo posible.
• Esta técnica proporciona información de relevancia clínica y
permite establecer una posible alteración ventilatoria y
tipificarla.

51. La espirometría
• Está indicada en disfunciones pulmonares, para:
control, monitoreo, tratamiento, evaluación
preoperatoria, valoración de incapacidad laboral,
estudios de hiperreactividad bronquial,
identificación del fumador de alto riesgo y en la
detección y localización de estenosis de vías
aéreas superiores.