Simulación Matemática del intercambio y transporte de los gases (O2 y CO2) en los alvéolos del pulmón humano en maniobras normales y forzadas

Abstract

La respiración incluye varios mecanismos en la captación de oxígeno y eliminación de bióxido de carbono en el pulmón; simplificando el transporte de gases en los pulmones a un compartimiento y con ventilación regional igual en los alveolos, los modelos no reflejan con realismo como se genera un espirograma. Se simula el intercambio y transporte de gases (O2 y CO2) en los alvéolos, utilizando la distribución regional en paralelo desde el ápice a base; además, se considera la inhomogenidad alveolar. Se plantearon maniobras forzadas para validar los supuestos del modelo; se realizaron mediciones en cinco sujetos entre hombres y mujeres, como son: volúmenes, capacidades pulmonares y frecuencia respiratoria; luego se registraron las fracciones de gases espirados en diferentes maniobras respiratorias en diferentes volúmenes y capacidades pulmonares. En la simulación a través del modelo de convección-difusión se introdujo la separación de las generaciones para el proceso de transporte y se aplicó a las siete regiones (ápice-base). El modelo mostró la dilución del CO2 y la concentración del O2; al realizar la maniobra forzada desde el CRF, las regiones basales tuvieron mayor dilución, lo contrario sucedió con el O2. La primeras 9 generaciones es para la convección y las cinco últimas generaciones para la difusión en el modelo anatómico de Weibel. Se concluye que el modelo propuesto permite explicar no solo una respiración normal, sino también para diferentes maniobras respiratorias forzadas, mostrando que la formación de los espirogramas de O2 y NCO2 es consecuencia del vaciamiento no uniforme de las regiones apicales y basales del gas que fue diluido en las generaciones proximales en el que se produce la convección-difusión.