Ventilación pulmonar

En fisiología se llama ventilación pulmonar al conjunto de procesos que hacen fluir el aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares a través de los actos alternantes de la inspiración y la espiración. Los factores que intervienen en esta mecánica son las vías aéreas internas, el diafragma y sus músculos asociados, la caja de costillas, la musculatura asociada y los mismos pulmones. La ventilación es llevada a cabo por los músculos que literalmente cambian el volumen de la cavidad torácica y al hacerlo crean presiones negativas y positivas que mueven el aire adentro y afuera de los pulmones. Dos grupos de músculos son utilizados; aquellos que están dentro y cerca del diafragma, que causan el movimiento hacia arriba y hacia abajo del diafragma, cambiando el tamaño de la cavidad torácica en la dirección vertical y aquellos que mueven la caja de costillas hacia arriba y hacia abajo para cambiar el diámetro lateral del tórax.

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Inspiración

El diafragma es un músculo especial localizado en el fondo de la caja torácica, pues al momento de contraerse jala hacia abajo para alargar el tórax. Esta acción es la principal fuerza que abarca la inhalación. Al mismo tiempo que el diafragma se mueve hacia a bajo un grupo de músculos intercostales extremos levanta la caja de las costillas y el esternón. Debido a la forma de la caja de las costillas, esta acción de levantamiento también incrementa el diámetro efectivo de la cavidad torácica. El incremento en el volumen torácico crea una presión negativa (depresión) en el tórax. Ya que el tórax es una cámara cerrada y la única entrada hacia el exterior es desde el interior de los pulmones, la presión negativa es liberada por el aire que entra a los pulmones. Los pulmones por sí mismos son pasivos y se expanden solamente por la presión interna de aire en los pulmones, la cual es mayor que la presión en el tórax en el exterior de los pulmones.

Espiración

La exhalación normal es esencialmente pasiva; en el relajamiento de los músculos inhaladores, la elasticidad de los pulmones y la caja de costillas combinada con el tono del diafragma, reducen el volumen del tórax; desarrollando una presión positiva que saca el aire de los pulmones. En una exhalación forzada un grupo de músculos abdominales empujan el diafragma hacia arriba muy poderosamente, mientras los músculos intercostales internos jalan la caja de costillas hacia abajo y aplican presión contra los pulmones para expulsar el aire hacia afuera.

Balance de Presiones

Durante la inhalación normal la presión dentro de los pulmones presión intralveolar, es cerca de +3mmHg. Esa presión dentro del alveolo es debido a la tension superficial ejercido por el fluido surfactante que cubre el interior del alveolo. Como resultado, el alveolo tiende a colapsarse. Para cotrarestar esa presión en el alveolo es necesario ejercer una presión opuesta, el cual se calcula de acuerdo a la Ley de Laplace:

... donde p = presión; f = fuerza de la tensión superficial (alveolo) y r = radio del alveolo.

La habilidad de los pulmones y tórax para expandirse durante la respiración es llamada distensibilidad (a veces llamada compliancia); la cual es expresada como el incremento de volumen en los pulmones por unidad de incremento en la presión intralveolar. La resistencia a la fluidez de aire dentro y fuera de los pulmones es llamada resistencia aérea.

Una característica peculiar del surfactante alveolar, es que la tensión ejercida sobre el alveolo tiende a disminuir al incrementar el radio del alveolo (como es el caso durante la inspiración). Ello es debido a que el volumen del surfactante permanece constante en el alveolo, mas no su densidad. Al expandirse el alveolo durante una inspiración, el área del alveolo incrementa, pero al permanecer constante el volumen del surfactante, la cantidad de la misma por unidad de área alveolar se vuelve más pequeña. Al haber menos surfactante, habrá mayor Tensión en el alveolo y esa es una de las razones por la que es finita la cantidad de aire que puede ser inspirada en un alveolo.

Intercambio de gases en los pulmones

La sangre de los vasos sanguíneos del cuerpo y sus capilares son traídas vía vena inferior y superior en el atrio derecho del corazón, el cual la vacía en el ventrículo derecho. El ventrículo derecho bombea la sangre dentro y a través de los pulmones (vía arteria pulmonar) de una manera pulsada con una presión sistólica de 20 mmHg y una presión diastólica de 1 a 4 mmHg. Por percusión, la sangre pasa a través de los capilares pulmonares, los cuales se encuentran en las paredes de sus sacos de aire; una vez dentro, el oxígeno es llevado hacía arriba por la sangre roja y la hemoglobina es llamada oxihemoglobina. Al mismo tiempo el bióxido de carbono es removido de la sangre al alvéolo. De las capilaridades pulmonares, la sangre es llevada a través de las venas a la aurícula izquierda. De aquí entran al ventrículo izquierdo el cual bombea la sangre hacia afuera de la aorta a una presión de 120/80 mmHg. Es entonces distribuida hacia todos los órganos y músculos del cuerpo. En los tejidos la oxihemoglobina entrega su oxígeno mientras que el dióxido de carbono es llevado hacia la sangre desde los tejidos y fluidos. La sangre entonces fluye de las capilaridades hacia el sistema de venas y hacia la vena cava inferior y superior.

El intercambio de oxígeno desde los pulmones hacia la sangre y la eliminación de dióxido de carbono desde la sangre hacia los pulmones toma lugar en las superficies de las capilaridades de los alvéolos; la superficie del área alveolar es aproximadamente de 80m2, de los cuales más de 3/4 son superficie capilar. Esta información puede variar dependiendo de los casos en que se use

Volúmenes y capacidades pulmonares estáticos

Los volúmenes pulmonares estáticos son un reflejo de las propiedades elásticas de los pulmones y de la caja torácica. La capacidad vital (VC = Vital Capacity, ó "VC lenta") es el volumen máximo de aire que puede exhalarse después de un esfuerzo inspiratorio máximo de forma lenta y completa. Esta operación es fácil de realizar y constituye una de las medidas más significativas en el estudio de la función pulmonar.

Dado que la VC disminuye a medida que las enfermedades restrictivas empeoran, ésta junto con la capacidad de transferencia de CO₂ pueden ser utilizados como parámetros básicos al efectuar un seguimiento de la evolución de una enfermedad pulmonar restrictiva y por tanto de su respuesta al tratamiento. La capacidad vital forzada (FVC = Forced Vital Capacity), una maniobra parecida a la anterior a excepción de que se requiere de una espiración forzada (rápida) máxima, por lo general se mide junto a los flujos espiratorios máximos en la espirometría simple.

La VC (lenta) puede ser considerablemente mayor que la FVC en pacientes con obstrucción de la vía aérea. Durante la maniobra de FVC, las vías aéreas terminales pueden cerrarse de forma prematura (es decir, antes de que se alcance el volumen residual verdadero), atrapando gas en sus porciones distales y evitando que éste sea medido por el espirómetro. La capacidad pulmonar total (TLC = Total Lung Capacity) es el volumen de aire que permanece dentro de los pulmones al final de una inspiración máxima.

La capacidad residual funcional (FRC = Functional Residual Capacity) es el volumen de aire contenido en los pulmones al final de una espiración normal, cuando todos los músculos respiratorios están relajados. Fisiológicamente, es el volumen pulmonar de mayor importancia, dada su proximidad al rango normal del volumen corriente. Al nivel de la FRC, las fuerzas de retracción elástica de la pared torácica, que tienden a aumentar el volumen pulmonar, se hallan en equilibrio con las del parénquima pulmonar, que tienden a reducirla.

En condiciones normales, estas fuerzas son iguales y de sentido opuesto, aproximadamente el 40% de la TLC. Los cambios de estas propiedades elásticas modifican la FRC. La pérdida de retracción elástica del pulmón en el enfisema aumenta el valor de la FRC. Por el contrario, el aumento de la rigidez pulmonar que se asocia al edema pulmonar, la fibrosis intersticial, y otras enfermedades restrictivas provoca disminución de la FRC. La cifoscoliosis disminuye la FRC y otros volúmenes pulmonares, debido a que la pared torácica rígida y no distensible restringe la expansión pulmonar. La diferencia entre la TLC y la FRC es la capacidad inspiratoria.

Volúmenes pulmonares y flujos aéreos dinámicos

Los volúmenes pulmonares dinámicos reflejan el estado de las vías aéreas. El espirograma proporciona es una gráfica de volumen contra tiempo, obtenida en un espirómetro de campana o electrónico, mientras el enfermo realiza una maniobra de FVC. El FEV1 (Forced Expiratory Volume in the first second) es el volumen de aire eliminado durante el primer segundo de espiración forzada, después de una inspiración máxima; en condiciones normales, su valor es mayor al 75 % de la VC, por lo que a menudo se expresa en forma de porcentaje de la capacidad vital forzada (FEV1% FVC). El flujo espiratorio forzado medio (FEF25-75 %) durante la fase media (del 25% al 75 %) de la maniobra de FVC es la pendiente de la línea que corta el trazado espirográfico al 25% y al 75 % de la VC. El FEF25-75 % depende menos del esfuerzo realizado que el FEV1 y, por lo tanto, constituye un indicador más precoz de obstrucción de las vías aéreas.

En una curva de flujo volumen normal, la porción inspiratoria de la curva es simétrica y convexa. La porción respiratoria es lineal. Los flujos se miden a menudo en el punto medio de la VC. El MIF50% es > MEF50% VC debido a la compresión dinámica de las vías aéreas.

En ocasiones se utiliza el flujo respiratorio máximo para estimar el grado de obstrucción de la vía aérea, pero depende mucho del esfuerzo realizado por el paciente. Los flujos espiratorios medidos por encima del 50% de la VC, es decir, cercanos al RV son indicadores sensibles del estado de las vías aéreas del pequeño calibre.

En una enfermedad restrictiva, por ejemplo sarcoidosis ó cifoscoliosis. La curva es más estrecha a causa de la reducción de los volúmenes pulmonares

Durante una maniobra de espiración forzada, la presión intratorácica positiva determina que las vías aéreas se vayan estrechando de modo progresivo. Esta "compresión dinámica de las vías aéreas" limita las velocidades máximas de flujo respiratorio que pueden alcanzarse. Durante la maniobra de inspiración se produce el efecto opuesto, ya que la presión intratorácica negativa tiende a mantener al máximo el calibre de las vías aéreas. Debido a estas variaciones de diámetro de las vías aéreas, en la mayor parte del ciclo respiratorio las velocidades de flujo aéreo son mucho mayores durante la inspiración que durante la espiración.

La ventilación voluntaria máxima (MVV = Maximal Voluntary Ventilation) se calcula indicando al enfermo que respire durante 15 segundos a volumen y frecuencia respiratoria máximos (la cantidad de aire espirado se expresa en lt/min.). En general, el valor de la MVV es paralelo al del FEV1, y puede aplicarse una fórmula simple para comprobar la uniformidad interna de la prueba y valorar el grado de cooperación del enfermo. Es posible predecir la MVV a partir del espirograma, multiplicando el FEV1 (en lt) x 35 o 40, según los autores. Esta fórmula sirve tanto para los individuos sanos como para los enfermos con trastornos respiratorios obstructivos y restrictivos.

Si se observa una MVV muy baja en un enfermo que parece cooperar de forma activa, hay que pensar en una debilidad neuromuscular. Exceptuando los casos de enfermedad neuromuscular muy avanzada, la mayoría de los pacientes son capaces de efectuar un esfuerzo respiratorio aislado como un FVC. La MVV requiere un esfuerzo mucho mayor, y su alteración demuestra la existencia de músculos respiratorios débiles y fatigables. La MVV disminuye progresivamente cuando existe un aumento de la debilidad de los músculos respiratorios; junto con las presiones inspiratoria y espiratoria máximas, la MVV es en ocasiones, la única prueba funcional respiratoria anómala en ciertos pacientes con una enfermedad neuromuscular relativamente grave.

La MVV es importante también en la valoración del riesgo quirúrgico, pues refleja la gravedad de la obstrucción de las vías aéreas y también las reservas respiratorias, la fuerza muscular y el grado de motivación del enfermo. volumenes pulmonatres valor de volumenaes capacidad total capacidad recidual funcional capacidad reserva respiratopria

Véase también

• Aparato respiratorio
• Meditación
• Pulmones

Enlaces externos

• Respirador Artificial