Capítulo 51: Intercambio pulmonar de gases

Como ya se ha señalado a lo largo de los capítulos precedentes, la función primordial del pulmón consiste en garantizar un intercambio de gases adecuado para las necesidades del organismo, de forma que el aporte de oxígeno (O₂) necesario para las demandas metabólicas de los tejidos y la eliminación de dióxido de carbono (CO₂) se lleven a cabo adecuada y coordinadamente. Estos dos elementos constituyen junto con el nitrógeno (N₂) los tres gases esenciales, o gases fisiológicos o respiratorios, que el pulmón moviliza continuamente. En el aire ambiental el oxígeno y el nitrógeno son dos gases dominantes, mientras que el anhídrido carbónico prácticamente no existe. En la actualidad se acepta que el movimiento de los gases respiratorios a través de la interfase alveolocapilar se realiza de manera pasiva, por difusión simple, de forma que su desplazamiento se lleva a cabo desde un área en la que el gas tiene una presión parcial elevada a otra con valores más reducidos. En este sentido, el pulmón está perfectamente estructurado para que esta función se desarrolle con la mayor eficacia posible. Recuerde a este respecto que la interfase alveolocapilar tiene un grosor muy reducido, alrededor de media micra, y una superficie muy extensa, superior a los 140 m².

Desde el punto de vista fisiológico, es fundamental definir con claridad el concepto de presión parcial (P) de un gas. A diferencia de los parámetros de mecánica pulmonar como por ejemplo la ventilación-minuto, que suelen expresarse en condiciones BTPS, es decir, a temperatura corporal (body temperature) y presión ambiental (atmosférica), saturada con vapor de agua (pressure saturated) o húmeda, el volumen de un gas suele expresarse en condiciones STPD, esto es, a temperatura estándar (standard temperature) y presión ambiental seca (pressure and dry). En consecuencia, para convertir el volumen de un gas de unidades BTPS a STPD debe multiplicarse por la siguiente expresión:

en donde P_B corresponde a la presión atmosférica en mmHg y 47 a la presión del vapor de agua a temperatura corporal. Para obtener la presión parcial de un gas se multiplica su concentración (o fracción) porcentual (F) por la presión atmosférica (total) que, a nivel del mar y a una temperatura ambiental templada (entre 15 y 25°C) suele oscilar alrededor de 760 mm Hg. Por su parte, la fracción porcentual de oxígeno en el aire suma exactamente 20.9%, por tanto, en condiciones ambientales, es decir, sin la influencia del vapor de agua corporal, la presión parcial de oxígeno (PO₂) ambiental debe situarse alrededor de 159 mmHg, resultado del producto de P_B y PO₂ (760 mmHg × [20.9/100] = 159 mmHg). Sin embargo, en el interior del organismo se incorpora un elemento esencial, el vapor de agua (H₂O), cuya presión parcial a la temperatura corporal del ser humano (aproximadamente, 37°C) se sitúa alrededor de 47 mmHg. En consecuencia, la presión parcial del aire inspirado (I) (P_IO₂) se aproxima a 150 mmHg, resultante del producto de P_B menos P_H2O, por una parte, y la F_IO₂, por la otra ([760 – 47 mmHg × [20.9/100] = 150 mmHg). En suma, la relación entre presión parcial y fracción porcentual de un gas en el medio corporal queda regulada así:

También resulta de interés recordar que en una mezcla gaseosa tanto a nivel exterior atmosférico como alveolar, la presión parcial de un gas contenido en su interior es ejercida de manera independiente, como si ocupara todo el volumen de la mezcla y no hubiera otros gases. Así, la presión total de dicha mezcla equivale a la suma de las presiones individuales (parciales) de cada gas. Este principio también conocido como ley de Dalton, cuando se aplica a la luz alveolar queda expresado así:

A efectos prácticos la presión alveolar (P_A)* se iguala a la presión atmosférica. Dado que la PN₂ alveolar puede ser considerada constante, la PO₂ y la presión parcial de dióxido de carbono (PCO₂) alveolares se erigen en los elementos determinantes esenciales de la PO₂ alveolar, de forma que:

De ahí que:

Esta presión es muy parecida a la ecuación de gas alveolar, expresada en forma simplificada (véase más adelante).

El valor de PO₂ en sangre arterial (PaO₂), corresponde a la presión parcial ejercida por el oxígeno que se halla disuelto en el plasma. Es fundamental que éste no sea confundido con la cantidad de oxígeno que se halla unida a la hemoglobina en combinación química reversible ni con la cantidad total de oxígeno existente en sangre, suma del que está disuelto y unido (contenido de O₂) (véase capítulo 52). Suele también expresarse en mmHg, aunque la nomenclatura actual tiende a optar por el término kilopascal (kPa) del Sistema Internacional (SI) de unidades (1 torr = 1 mmHg = 0.133 kPa; 1 kPa = 7.5006 mmHg o torr). Los valores normales de PaO₂, en condiciones de reposo y a nivel del mar, oscilan casi siempre entre 90 y 97 mmHg (12 a 12.9 kPa), con escasas variaciones y tienden a mantenerse a medida que el hombre envejece (entre 20 y 70 años de edad descienden tan sólo unos 6 mmHg). La PCO₂ arterial (PaCO₂) o presión parcial ejercida por el dióxido carbónico disuelto en sangre arterial, también se expresa en las mismas unidades que la PaO₂. Sus valores normales oscilan entre 35 y 40 mmHg (4.7 a 5.3 kPa), aumentando unos 4 mm Hg con la edad. Estos cambios discretos ligados a la edad obedecen a un desequilibrio progresivo de las relaciones ventilación-perfusión (V̇_A/Q̇), cuyo mecanismo no está del todo esclarecido. Una tercera variable gasométrica de interés es la PO₂ en sangre venosa mezclada (P$v¯$O₂), que corresponde a la presión parcial ejercida por el oxígeno disuelto en la sangre venosa que circula por la arteria pulmonar. Sus cifras normales, también en reposo y a nivel del mar, suelen oscilar entre 37 y 45 mmHg (4.9 a 6.0 kPa). Como se verá más adelante, esta última variable representa un excelente marcador del estado hemodinámico, específicamente del gasto cardíaco y, también, del consumo de oxígeno.

La figura 51-1 es útil para tener una visión global de los diversos pasos (o peldaños) que debe seguir la presión parcial de oxígeno desde el aire exterior (ambiental) hasta alcanzar el nivel mitocondrial celular. También se conoce como “cascada del oxígeno”, esta figura recoge con claridad los distintos niveles cada vez más reducidos de la PO₂ que van desde 150 mm Hg (20 kPa), como media inspiratoria, hasta aquellos mucho más modestos, propios de los tejidos. Observe que en el alvéolo las cifras de PO₂ oscilan alrededor de 100 a 110 mmHg (13.3 a 14.6 kPa) mientras que en el capilar pulmonar estos valores alcanzan 90 a 100 mmHg (12 a 13.3 kPa) para, por último, a nivel hístico, situarse cerca de 40 mmHg (5.3 kPa). El primer eslabón que hace reducir los valores de PO₂ desde 150 (20 kPa) hasta 110 mmHg (14.6 kPa) obedece a la ventilación alveolar propiamente dicha. Esto produce, por un lado, el aporte de oxígeno al alvéolo procedente del aire inspirado y, por otro, la captación de oxígeno por la circulación pulmonar para su transporte a los tejidos, aporte que viene regulado por las demandas metabólicas del organismo o consumo de oxígeno.

De manera simultánea, la PCO₂ alveolar desempeña una función inversa. Ausente en el aire inspirado, durante la espiración se elimina en el alvéolo procedente del dióxido carbónico, disuelto en sangre venosa mezclada. A efectos prácticos la PCO₂ correspondiente al alvéolo y al capilar (arterial) pulmonar son idénticas, mientras que la PCO₂ en sangre venosa mezclada alcanza una media de 45 mmHg (6 kPa). Así, la ventilación alveolar equilibra el oxígeno que es captado y transportado y, también, el anhídrido carbónico que es producido por el organismo y eliminado al exterior. Es importante señalar que la fluctuación de la ventilación-minuto, propia de los movimientos respiratorios, no es ningún obstáculo para que las cifras de PO₂ en el alvéolo oscilen a nivel de capacidad residual funcional, tan sólo unos 4 a 5 mmHg con cada respiración. Tampoco es problema el carácter pulsátil de la circulación pulmonar, debido a las contracciones cardíacas, de modo que tanto la ventilación alveolar como el flujo sanguíneo pulmonar deben ser contemplados como procesos continuos, a efectos del intercambio pulmonar de gases.

En un pulmón ideal, homogéneo y uniforme, la PO₂ alveolar y capilar son prácticamente iguales, de modo que en el individuo sano sobre todo en los jóvenes, estos valores son casi idénticos. Sin embargo, existe una pequeña diferencia o gradiente alveoloarterial de oxígeno (AaPO₂), cuyos valores aumentan con la edad y que viene determinado esencialmente por dos fenómenos. El primero es la existencia de un porcentaje muy pequeño de sangre venosa que se aboca en forma directa al compartimiento arterial, sin ponerse en contacto con el oxígeno alveolar (también llamado shunt pospulmonar). El segundo viene condicionado por la presencia de desigualdades topográficas, naturales, de las relaciones V̇_A/Q̇ pulmonares, desequilibrios que progresan con la edad. A nivel celular la PO₂ presenta valores muy reducidos próximos de 1 a 3 mmHg (0.13 a 0.4 kPa), dependientes de las características y actividad propias de cada órgano y, sobre todo, de su captación de oxígeno. Sin embargo, es a nivel mitocondrial donde se produce la auténtica respiración celular, centro vital de todo el transporte periférico de oxígeno.

La presión parcial que ejercen los tres gases respiratorios (oxígeno, anhídrido carbónico y nitrógeno) en cualquiera de los 300 millones de unidades alveolares funcionales que componen el parénquima pulmonar, viene determinada en esencia por tres factores (figura 51-2): 1) la composición del gas inspirado, dependiente de la fracción inspiratoria de oxígeno y de la ventilación global; 2) los cocientes o relaciones V̇_A/Q̇, y 3) la composición de la sangre venosa mezclada, dependiente del flujo sanguíneo o gasto cardiaco y, también, del consumo de oxígeno tisular.

La figura 51-3 ilustra los factores intra y extrapulmonares que regulan la PaO₂ y la PaCO₂. Por lo que respecta a la PaO₂ destacan, entre los primeros, las relaciones V̇_A/Q̇, el cortocircuito (o shunt) pulmonar y la difusión alveolocapilar. Entre los segundos cabe incluir la presión inspiratoria de oxígeno, la ventilación total, el gasto cardíaco y el consumo de oxígeno; otros determinantes extrapulmonares menos influyentes no recogidos en la figura son la concentración de hemoglobina, la temperatura corporal, el estado ácido-base y la disposición de la curva de disociación o saturación de oxihemoglobina, que se expresa mediante el valor de P₅₀. Es importante destacar el papel de la P$v¯$O₂ sobre la PaO₂, de forma que cualquier aumento o reducción de P$v¯$O₂ puede inducir un cambio en el mismo sentido en PaO₂. La P$v¯$O₂ puede reducirse a causa de una disminución del gasto cardíaco, un aumento del consumo de oxígeno o una disminución del contenido de oxígeno en sangre venosa mezclada secundaria a cambios en la curva de saturación de oxihemoglobina y viceversa. Observe que la ventilación total se contempla como un factor extrapulmonar porque se considera el resultado del producto del volumen corriente y de la frecuencia respiratoria, al que debe sustraerse el espacio muerto en serie y aquel que es común a varias unidades alveolares funcionales, cuyo control es regulado extrapulmonarmente. En cuanto a la PaCO₂ destacan entre los factores intrapulmonares las relaciones V̇_A/Q̇, mientras que entre las extrapulmonares cabe incluir a la ventilación total, la producción de anhídrido carbónico y el equilibrio ácido-base. Dado que todos los factores extrapulmonares, a excepción de la ventilación, son abordados en el capítulo siguiente, dedicado al intercambio periférico de gases, aquí sólo se desarrollarán los aspectos fundamentales de la ventilación total y de los tres factores intrapulmonares.

Durante cada movimiento respiratorio, inspiratorio o espiratorio, se desplaza un volumen de aire similar conocido como volumen circulante o corriente (V_T), que suma unos 500 ml, aunque en sentido estricto no es del todo exacto ya que el volumen inspirado siempre es algo superior al espirado debido a que el consumo de oxígeno excede a la producción de anhídrido carbónico. El producto del volumen circulante por la frecuencia respiratoria (f) equivale a la ventilación-minuto (V̇_E):

La ventilación alveolar (V̇_A) es aquella parte de la ventilación-minuto que interviene de una manera eficaz en el intercambio gaseoso propiamente dicho y que, por tanto, excluye el espacio muerto (V_D), de forma que:

donde V̇_D corresponde a la ventilación del espacio muerto. Esta ecuación puede también reformularse del siguiente modo:

Observe que si aumenta f, el volumen alveolar (V̇_A) no se modifica. Sin embargo, si aumenta el volumen circulante (V_T) aumenta el volumen alveolar. Este concepto debe tenerse muy en cuenta para el empleo de la ventilación mecánica en el paciente crítico al que se la aplica ventilación artificial. En estas condiciones si se aumenta la frecuencia del respirador artificial no se modifica el volumen alveolar; por el contrario, si se incrementa el volumen circulante se optimiza la ventilación alveolar.

El espacio muerto no interviene en el intercambio de gases propiamente dicho tan sólo sobre el valor de la PCO₂ en aire espirado mezclado (P_$E¯$CO₂), procedente de aquellas áreas del pulmón cuyos alvéolos están ventilados pero no perfundidos (es decir, con una relación V̇_A/Q̇ igual a infinito). El espacio muerto global, el cual también se conoce como fisiológico, se compone en su mayoría de un espacio muerto anatómico constituido por la tráquea y las grandes vías aéreas y de otro alveolar, mucho más reducido, que refleja todas aquellas unidades alveolares cuya relación V̇_A/Q̇ es muy elevada pero finita. Se obtiene a partir de la ecuación de Bohr, que establece que:

En donde P_$E¯$CO₂ equivale a PCO₂ en aire espirado mezclado. Se considera que el V_D/V_T corresponde a un tercio del volumen circulante, suele aumentar con la edad, y puede variar no sólo con las variaciones del volumen circulante o de la frecuencia respiratoria, sino también con las del gasto cardíaco o la ventilación alveolar. Un aumento en el gasto cardíaco o un descenso de la ventilación alveolar, conlleva a una elevación de V_D/V_T, y viceversa.

Existe una relación hiperbólica entre la ventilación alveolar (V̇_A) y los valores de PaCO₂ que viene definida por la ecuación de ventilación alveolar:

en donde k es una constante, V̇CO₂ es la producción de anhídrido carbónico y P_ACO₂ es la PCO₂ alveolar que, en un pulmón sano, equivale a la PaCO₂. Mediante reajuste:

Si la V̇CO₂ no varía, una disminución de la ventilación alveolar a la mitad conlleva a que la P_ACO₂ se eleve el doble y, al contrario, si aquella se duplica, la P_ACO₂ se reduce a la mitad. En teoría esto sólo es posible cuando se ha restablecido un estado de equilibrio estable (definido como aquella situación en la que se da una variación de ±5% en las frecuencias cardíaca y respiratoria, y el volumen circulante, y de 0.01% en la fracción de oxígeno y anhídrido carbónico en aire espirado mezclado) y la producción de anhídrido carbónico se ha situado al mismo nivel que tenía antes de haberse variado.

Una forma complementaria y útil de contemplar las diferencias que pueden establecerse entre la P_AO₂ y los cambios introducidos en la ventilación alveolar puede ser mediante el empleo de la ecuación de gas alveolar, cuya expresión más sencilla corresponde a:

en la que P_IO₂ equivale a la PO₂ en aire inspirado, F_IO₂ es la fracción de oxígeno en el aire inspirado y R al cociente de intercambio respiratorio. Observe que si se ignora la segunda parte del producto, la ecuación queda reducida a la diferencia entre P_IO₂ y PaCO₂, expresión muy parecida al valor de P_AO₂ formulada de acuerdo con la ley de Dalton (véase antes).

El cociente de intercambio respiratorio equivale a la división de estas dos variables:

en donde V̇CO₂ corresponde a la producción de anhídrido carbónico y V̇O₂ es el consumo de oxígeno. En el supuesto de que R no pueda ser calculado de manera directa se supone que en reposo equivale a 0.8, ya que el numerador suele ser 200 mL/min y el denominador se aproxima a 250 mL/min. Estas dos variables suelen calcularse a partir de la aplicación del principio de conservación de masas. De este modo, V̇O₂ equivale a la diferencia entre el oxígeno inhalado (inspirado) y el oxígeno eliminado (espirado):

en donde F_EO₂ es la fracción de oxígeno en aire espirado, V̇_I corresponde al volumen minuto inspirado y V̇_E al espirado. Suponiendo que el nitrógeno no es intercambiable durante la respiración, mediante un reajuste de la ecuación anterior se obtiene:

Para V̇CO₂, el cálculo es mucho más simple, puesto que el dióxido carbónico inspirado es prácticamente despreciable, de forma que:

El gradiente o diferencia alveoloarterial de oxígeno (AaPO₂) corresponde a la diferencia existente entre los valores de P_AO₂ y de PaO₂. A diferencia de lo que ocurre con la PaO₂, el gradiente no está influido por las variaciones de la PaCO₂, o lo que es lo mismo, de la ventilación-minuto, por lo que se convierte en un excelente, aunque simplista, índice de la situación real del intercambio gaseoso a nivel pulmonar. El límite superior de la normalidad suele situarse alrededor de 7.5 mmHg (1 kPa) a nivel del mar y estando en reposo. De forma resumida y breve puede decirse que si se constata un valor anómalo en el gradiente (superior a 15 mmHg —2 kPa—), ello es indicativo de que existe una anomalía del parénquima pulmonar en el que están alterados uno o varios de los mecanismos reguladores de la PaO₂ (desequilibrios en las relaciones ventilación-perfusión y aumento del shunt intrapulmonar).

Ya se ha comentado que si el pulmón fuera idealmente perfecto, uniforme y homogéneo, las PO₂ alveolar y arterial (en el capilar pulmonar) serían idénticas. Sin embargo, en el pulmón real del individuo sano esto no es así, de tal forma que existe un gradiente o diferencia alveoloarterial de oxígeno. Este gradiente existe en parte porque subsiste un cortocircuito pospulmonar, el cual permite que un pequeño porcentaje de sangre venosa afluya al compartimiento arterial sin que se haya oxigenado. Esta proporción de sangre venosa procede, en parte, de algunas venas bronquiales que abocan de forma directa a las venas pulmonares (que transportan sangre arterial) y, por otra, de sangre venosa coronaria (las venas de Tebesio del ventrículo izquierdo), que drena de forma directa al ventrículo izquierdo (a este nivel la sangre venosa se dirige en su mayoría al seno coronario). Estas comunicaciones venoarteriales pospulmonares (sangre que ya ha sobrepasado la circulación pulmonar) facilitan, por tanto, la reducción de la PaO₂ en condiciones fisiológicas. Sin embargo, en condiciones patológicas pueden adquirir enorme importancia, ya sea porque exista un auténtico cortocircuito anatómico (p. ej., fístulas intrapulmonares o malformaciones cardiovasculares importantes) o funcional, porque el pulmón esté lesionado y hayan aparecido alvéolos cuya relación V̇_A/Q. es igual a cero (como es el caso del síndrome de dificultad respiratoria agudo), o cortocircuito intrapulmonar.

El cálculo de la cantidad de sangre venosa mezclada que deja de oxigenarse se obtiene a partir del concepto de aporte de oxígeno (figura 51-4), equivalente al producto del gasto cardíaco (Q_T) y del contenido arterial de oxígeno (CaO₂) (véase capítulo 52). Éste es igual a la suma de los aportes de la sangre venosa que aún no se ha oxigenado o al producto del gasto cardíaco y del contenido de sangre venosa mezclada de oxígeno (C$v¯$O₂), así como de la sangre arterial (del capilar terminal) pulmonar (Cc’O₂) expresada por el producto de la diferencia del gasto cardíaco (Q̇_T) y el flujo sanguíneo del área que no se pone en contacto con el oxígeno (Q̇_S), y del contenido de oxígeno en el capilar terminal, de forma que:

Mediante reajuste se obtiene la ecuación del cociente de mezcla venosa o cortocircuito fisiológico, el cual se expresa así:

Para el cálculo del contenido arterial de O₂ (CaO₂) se emplea la siguiente fórmula:

donde SaO₂ corresponde a la saturación arterial de oxihemoglobina, 1.34 mL a la cantidad máxima de O₂ que puede transportar 1 g de hemoglobina (Hb) en sangre arterial y 0.003 al coeficiente de solubilidad del oxígeno en la sangre. Paralelamente, para el cálculo del C$v¯$O₂ se emplea la siguiente fórmula:

donde S$v¯$O₂ corresponde a la saturación de oxihemoglobina en sangre venosa y 1.34 ml a la cantidad máxima de O₂ que puede transportar 1 g de hemoglobina (Hb) en sangre venosa. En el individuo sano el valor del CaO₂ oscila alrededor de 30 vols % y el de C_$v¯$O₂ sobre los 15 vols %, de modo que la diferencia arteriovenosa del contenido de oxígeno suele situarse alrededor de 5 vols %.

El cociente de la mezcla venosa (o cortocircuito intrapulmonar), parámetro de gran utilidad clínico-terapéutica, sobre todo en medicina intensiva, asciende a un 5% del gasto cardíaco en sujetos sanos. En condiciones patológicas suele existir una correlación muy estrecha entre las variaciones del gasto cardíaco y el cortocircuito intrapulmonar, de forma que todo aumento o descenso de aquél conlleva a un cambio paralelo y en el mismo sentido de éste, sin que se reconozca con profundidad el mecanismo que regula esta interacción. Cualquier disminución de la ventilación total puede producir un incremento considerable del cortocircuito.

Una característica única y singular del concepto de cortocircuito con importantes connotaciones clínicas y terapéuticas hace referencia a los efectos de la administración de oxígeno a 100%. Si la PaO₂ está reducida a causa de la presencia de un mecanismo de cortocircuito, la muestra hiperóxica administrada apenas es capaz de elevar de manera sustancial la PaO₂ reducida, aunque siempre hay un pequeño aumento de la PaO₂ gracias al oxígeno que entra en el capilar pulmonar, casi todo en forma disuelta. Ello se debe a que la sangre que no se ha puesto en contacto con los alvéolos oxigenados deprime de manera continua los valores de PaO₂, mientras que el oxígeno ligado a la hemoglobina procedente de los alvéolos bien ventilados está prácticamente saturado.

El intercambio de oxígeno y anhídrido carbónico entre el alvéolo y el capilar pulmonar se realiza de manera pasiva por difusión y viene regulado por la ecuación de Fick, que se expresa con la siguiente fórmula:

De este modo, el flujo o cantidad (V̇) de gas que se difunde a través de una superficie es inversamente proporcional al grosor del área que ha de cruzar y de un modo directo proporcional a: 1) el área de la superficie de intercambio; 2) la diferencia de presiones entre el alvéolo (P1) y el capilar (P2), y 3) una constante de difusión (D). La proporción de difusión de un gas es también proporcional a la constante D, la cual es dependiente de las propiedades del tejido pulmonar y del gas utilizado. Esta constante es directamente proporcional a la solubilidad del gas (Sol) e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular (PM).

Ello implica que el anhídrido carbónico difunde a través de los tejidos unas 20 veces más rápidamente que el oxígeno, ya que su solubilidad es mayor (relación de 24 a 1, a 37°C) y la raíz cuadrada de su peso molecular no es sustancialmente diferente (relación de 1.17 a 2, respectivamente). Estas consideraciones, sin embargo, sólo son aplicables a los tejidos y no al V̇O₂ o V̇CO₂, en las que también intervienen reacciones químicas.

Los cambios que pueden operarse en la PO₂ a nivel de la sangre capilar pulmonar quedan reflejados en la figura 51-5. Los cálculos se han realizado en función de la ley de Fick para la difusión de gases, una de cuyas premisas es que las características de la difusión son uniformes a lo largo del capilar. Sin embargo, los cálculos son complejos debido a la peculiar alineación de la curva de disociación de la oxihemoglobina, en la que también influye el anhídrido carbónico. En el figura 51-5 puede observarse cómo el tiempo que requiere el hematíe para atravesar el capilar pulmonar es de 0.75 s, producto de la división del volumen de sangre que ocupa los capilares pulmonares y el Q̇_T. Observe que la PO₂ del capilar arterial se acerca, en casi 0.25 s, a los valores que se observan a nivel alveolar. En condiciones normales, ya sean de reposo o durante el ejercicio (en este caso, el hematíe atraviesa el capilar pulmonar en alrededor de 0.25 s), existe tiempo suficiente para que la sangre venosa se oxigene de manera adecuada, por lo cual se considera que el pulmón dispone de suficientes reservas para la difusión.

Sin embargo, si la zona de interfase alveolocapilar está lesionada, la transferencia disminuye de acuerdo con el principio de Fick, de modo que el aumento de PO₂ es mucho más lento como puede apreciarse en la figura 51-6. En estas circunstancias se puede establecer una diferencia entre la PO₂ alveolar y la del capilar; esto significa que puede existir una limitación de la difusión alveolocapilar del oxígeno que sólo se observa en condiciones extremas de hipoxia ambiental (en alturas extremas) o en determinados procesos pulmonares difusos intersticiales, como las fibrosis pulmonares. Es importante destacar que la transferencia de oxígeno está casi siempre limitada por la perfusión pulmonar y es tan sólo en condiciones excepcionales, como las ya reseñadas, cuando queda limitada por la difusión.

En la figura 51-6 se muestran los principales componentes de la transferencia de oxígeno, desde la luz alveolar hasta el glóbulo rojo situado en el capilar pulmonar (aplicable también a otros gases que tengan apetencia por la hemoglobina, como por ejemplo el monóxido de carbono). El paso del gas se realiza, por tanto, desde una zona de mayor presión parcial, el alvéolo (P_A) hacia otra inferior (P_PL), que corresponde al plasma. Si se aplica el principio de Fick de difusión de gases, la capacidad de difusión de la membrana alveolocapilar (D_M) equivale a:

donde V̇_GAS corresponde a la captación del oxígeno y P_PL a su presión parcial en plasma. Por otra parte, la transferencia del oxígeno que va a combinarse eventualmente con la hemoglobina, es decir, desde el plasma hasta el interior del hematíe, expresada como el producto de la capacidad o tasa de combinación del oxígeno con la hemoglobina (θ) por el volumen de sangre en el capilar pulmonar (V_C) es igual a:

siendo P_CEL la presión parcial de oxígeno en el interior del hematíe. Por último, la difusión pulmonar (D_L) propiamente dicha equivale a:

Observe que si la diferencia de presiones parciales de oxígeno entre el alvéolo y la célula se expresa así:

y si se reajustan estos gradientes mediante las ecuaciones anteriores se obtiene:

que si se despeja V̇_GAS también puede expresarse del siguiente modo:

En otras palabras, la capacidad de transferencia del oxígeno a través del pulmón está compuesta por dos elementos principales: el de la difusión de la membrana alveolocapilar propiamente dicha y el del tiempo requerido para que el gas se combine con la hemoglobina. Esta ecuación puede, por tanto, también formularse así:

ecuación en la que β corresponde a la capacitancia de la sangre (o pendiente de la curva de disociación del gas en sangre) y Q̇ a flujo sanguíneo.

Esta ecuación puede también interpretarse en el sentido de que la resistencia total del sistema a la transferencia de un gas (que es inversa a la conductancia o capacidad de transferencia del gas) es igual a la suma de las resistencias parciales de la membrana alveolocapilar y del hematíe. El gas debe, por tanto, vencer primero la resistencia de la interfase alveolocapilar para alcanzar el plasma, luego superar la resistencia del hematíe y, finalmente combinarse con la hemoglobina.

Si un gas no se combina con la hemoglobina, el componente (θV_C) queda eliminado y entonces se dice que la transferencia del gas es dependiente o que está limitada por la perfusión pulmonar, ya que aumenta al hacerlo el Q̇_T. El hexafluoruro de azufre y el nitrógeno, gases fisiológicamente inertes, que tan sólo obedecen a la ley de Henry (según la cual, la concentración sanguínea del gas es directamente proporcional a su presión parcial), tienen una transferencia que está del todo limitada por la perfusión pulmonar. Por otra parte, si se trata de un gas con gran avidez por la hemoglobina, como es el caso del monóxido de carbono, la transferencia queda limitada por la difusión y el componente (βθQ̇) puede ser ignorado.

El oxígeno es un gas que se combina con la hemoglobina y que también es transportado en el plasma. En este caso, la influencia de cada uno de los componentes citados dependerá de las condiciones de transferencia. En condiciones hipóxicas o durante el ejercicio, la difusión se erige, en parte, en el factor limitante más importante. En este caso el oxígeno opera en la parte inferior de la curva de disociación de la oxihemoglobina, con una pendiente muy inclinada. En condiciones hiperóxicas, por el contrario, la transferencia de oxígeno viene limitada por la perfusión pulmonar. Aquí el oxígeno está situado en la parte superior (aplanada) de la curva de disociación, de modo que su concentración en sangre sólo está determinada por el oxígeno disuelto en el plasma. En cuanto al monóxido de carbono, su transferencia en el pulmón está siempre limitada por la difusión. Ello viene determinado por la gran inclinación de la curva de disociación del monóxido de carbono en sangre.

En otras palabras, la avidez de la hemoglobina por este gas es tan patente que su presión parcial en el plasma apenas es valorable. En cualquier caso, el que un gas esté limitado por la perfusión pulmonar o el proceso de la difusión propiamente dicho depende en esencia del cociente entre la pendiente de su curva de disociación y su coeficiente de solubilidad sangre-aire. Para un gas como el oxígeno, la pendiente de la curva de disociación en sangre (conocida como β) no es constante al depender, por un lado, de la PO₂ propiamente dicha, y, por el otro, de todos aquellos factores que influyen en la posición de su curva de disociación.

La capacidad de transferencia (o difusión) del monóxido de carbono (D_LCO) es una prueba funcional pulmonar convencional muy utilizada en la práctica clínica. Sirve para complementar junto con la determinación de los gases respiratorios en sangre arterial, el estudio convencional del intercambio pulmonar de gases. Está basada en los principios de la difusión de los gases fisiológicos previamente enunciados. La D_LCO se define como el volumen de CO transferido a la sangre por unidad de tiempo y por gradiente de presión parcial del gas (mL/min/kPa). Se supone que ésta no sólo informa del estado funcional de la interfase alveolocapilar, sino también del conjunto de factores que determinan la transferencia del monóxido de carbono desde el pulmón hasta el glóbulo rojo. De ahí que también se use el término de “capacidad de transferencia”.

En su lectura deben tenerse en cuenta los siguientes factores: fracción inspiratoria de oxígeno, homogeneidad de la distribución de la ventilación alveolar, anomalías de las relaciones V̇_A/Q̇ pulmonares, número de hematíes, concentración de hemoglobina y, por último, estado de la circulación pulmonar.

La técnica más utilizada para su medición es la de la respiración única (sb, del inglés single-breath). Desde el punto de vista metodológico, consiste en una inspiración máxima desde el volumen residual, de una mezcla de concentraciones de monóxido de carbono, helio, oxígeno y nitrógeno, tras la cual se realiza una apnea de 10 s para a continuación efectuar una espiración rápida con recogida de una muestra de gas y análisis ulterior de las concentraciones espiratorias de dióxido de carbono y helio. La D_LCOsb se define como el volumen de dióxido de carbono transferido a la sangre por unidad de tiempo, por gradiente de presión parcial del gas (mL/min/mmHg). El helio se utiliza para medir el volumen pulmonar desplazado durante la maniobra exploratoria. Se considera y se supone que la D_LCOsb no sólo informa del estado funcional de la interfase alveolocapilar, sino también del conjunto de factores que contribuyen al paso del dióxido de carbono desde el pulmón a la sangre. Su falta de especificidad queda subsanada por la rapidez, simplicidad y facilidad de repetición de su cálculo, cuyos valores suelen expresarse en función del porcentaje del valor de referencia utilizado. Su medición aporta también el volumen pulmonar utilizado (volumen alveolar o V̇_A) lo que permite corregir el valor del monóxido de carbono por aquél (D_LCO/V̇_A o K_CO), relación también conocida como cociente de Krogh.

Uno de los elementos principales determinantes de los gases respiratorios en cada unidad alveolar funcional es el comportamiento de las relaciones o unidades ventilación-perfusión (V̇_A/Q̇). En la práctica este factor se erige en el más determinante de todos los expuestos hasta ahora como intrapulmonares.

El diagrama oxígeno-dióxido de carbono de la figura 51-7 resulta útil y apropiado para entender los cambios que operan a nivel de los principales gases respiratorios. Este diagrama correlaciona los diversos valores fisiológicos de presión parcial de oxígeno (abcisas) con los de PCO₂ (ordenadas). El punto I refleja la situación del aire inspirado y corresponde, por tanto, a un valor de presión parcial de oxígeno equivalente a 150 mmHg (20 kPa), tras corregir por la presión parcial del vapor de agua corporal, en el que el valor de la PCO₂ es cero. En el otro extremo destacaría el punto $v¯$, que representa la citación de la sangre venosa mezclada, en el que la presión parcial de oxígeno se sitúa a 40 mmHg (5.3 kPa) y la PCO₂ a 45 mmHg (6 kPa). En un punto equidistante y central entre los dos anteriores se hallaría el punto A, correspondiente a las condiciones normales del alvéolo, con una relación V̇_AQ̇ equivalente a la unidad y valores de presión parcial de oxígeno de 100 mmHg (13.3 kPa) y de PCO₂ de 40 mmHg (5.3 kPa). Si se unen estos tres puntos se obtiene una línea, la línea de ventilación-perfusión, en la que se pueden encontrar todas las variaciones fisiológicas posibles en las presiones parciales de los gases respiratorios a nivel alveolar.

Observe que si se reduce el cociente V̇_A/Q̇ por debajo de la unidad, la línea se desplaza desde la situación de normalidad alveolar (A) hacia la de la composición de la sangre venosa mezclada ($v¯$), mientras que si el cociente está aumentado por encima de la unidad, lo hace desde el alvéolo hacia la posición del aire inspirado (I). Por tanto, a medida que el cociente V̇_A/Q̇ se reduce, la presión parcial de oxígeno disminuye y la PCO₂ se eleva; y viceversa, cuando el cociente V̇_A/Q̇ aumenta, la presión parcial de oxígeno asciende y la PCO₂ decrece. Si se supone que no existen diferencias sustanciales entre la situación alveolar y la del capilar arterial pulmonar, se puede concluir que el diagrama oxígeno-dióxido de carbono refleja perfectamente los valores de este último. Es importante destacar que para un único valor de presión parcial de oxígeno sólo se puede establecer otro de PCO₂, también único, siempre que se sitúe en la línea. En este sentido, no es posible encontrar un punto en dicha línea en el que la presión parcial de oxígeno equivalga a 65 mmHg (8.7 kPa) y la PCO₂ a 35 mmHg (4.7 kPa).

El análisis del comportamiento de la unidad alveolar y de su relación V̇_A/Q̇ permitiría explicar el intercambio de gases de forma global en todo el pulmón, aceptando que éste fuera completamente uniforme. Sin embargo, esto no es así en el pulmón sano y todavía menos en el pulmón enfermo. En este sentido, es importante señalar que existen unos desequilibrios naturales, de índole topográfica, de las relaciones V̇_A/Q̇ entre las distintas unidades alveolares. En bipedestación existe una distribución gravitacional de la ventilación alveolar y la perfusión pulmonar, la cual hace que ambos elementos estén más elevados en las bases pulmonares (en posición supina, ello ocurriría en las zonas más declives) (figura 51-8). A primera instancia, resulta lógico que la perfusión pulmonar sea superior en las bases que en los vértices, debido a la influencia de la gravedad. Sin embargo, para la ventilación alveolar esto no parecería tan obvio. En este caso la gravedad influye sobre la presión pleural que se hace menos negativa en las regiones más declives, por lo que la ventilación regional por unidad de volumen pulmonar de las zonas más basales resulta mayor que en la de las menos declives. Sin embargo, es importante destacar que este aumento por unidad de volumen pulmonar de la perfusión y de la ventilación desde el vértice a las bases o de las regiones menos a más declives, no se realiza de forma simétrica ni paralela, de modo que el aumento de aquélla en relación al de ésta suele tener una relación de 3 a 1. En consecuencia, esto produce grandes diferencias o desequilibrios en las relaciones V̇_A/Q̇, desigualdades que impiden contemplar al pulmón sano como una unidad pulmonar uniforme con un comportamiento homogéneo en relación a los cocientes V̇_A/Q̇ alveolares. Este desequilibrio se acentúa a medida que el hombre envejece y su influencia es causa, junto con la presencia de las comunicaciones arteriovenosas pospulmonares, de la existencia del ya comentado gradiente alveoloarterial de oxígeno.

Tal desequilibrio topográfico, natural, es también el que provoca que las unidades alveolares situadas en los vértices pulmonares tengan unos cocientes V̇_A/Q̇ muy superiores (por encima de 3) a los basales (por debajo de la unidad), y que los valores apicales de presión parcial de oxígeno estén por encima de 100 mmHg (13.3 kPa) mientras que los de PCO₂ se sitúen por debajo de 30 mmHg (4 kPa); por el contrario, las unidades alveolares de las bases pulmonares disponen de cifras inferiores a 90 mmHg (12 kPa) y superiores a 40 mm Hg (5.3 kPa), respectivamente. En suma, el desequilibrio topográfico de las relaciones V̇_A/Q̇ tiende de forma natural a desestabilizar los valores de los gases respiratorios a nivel alveolar, de forma que la presión parcial de oxígeno se reduce y la PCO₂ aumenta. Las unidades alveolares de las bases pulmonares contribuyen a deprimir los valores gasométricos de presión parcial de oxígeno de los alvéolos apicales, más próximos a las condiciones ambientales exteriores. Sin embargo, los valores finales de PaO₂ y PaCO₂ se alejan de los alveolares, debido a que las diferencias topográficas inducidas por la ventilación alveolar sobre las relaciones V̇_A/Q̇ son menos acentuadas que las provocadas por la perfusión, por lo que aquéllas ejercen en la práctica una función amortiguadora, aproximando los valores arteriales a los del alvéolo (figura 51-9).

En condiciones patológicas, las relaciones V̇_A/Q̇ se erigen en el mecanismo principal de alteración del intercambio de gases, a la luz del diagrama de oxígeno-dióxido de carbono. Observe cómo las unidades alveolares con cociente V̇_A/Q̇ inferiores a la unidad, situación idealmente óptima, tienden a aproximar los valores de presión parcial de oxígeno y PCO₂ a los observados en sangre mezclada ($v¯$). En otras palabras, el deterioro global de los valores gasométricos que ocasionan las unidades con cocientes V̇_A/Q̇ reducidos puede expresarse como la cantidad de sangre venosa que debería mezclarse con los valores ideales en sangre arterial (con un cociente V̇_A/Q̇ = 1) para alcanzar los observados en el individuo sano. De ahí que se diga entonces que las unidades alveolares con cocientes V̇_A/Q̇ reducidos ocasionan un fenómeno de mezcla venosa (o de shunt fisiológico). Por otra parte, aquellas unidades con cocientes V̇_A/Q̇ elevados tenderán a comportase como en la situación existente en el aire ambiental o atmosférico (punto I), a nivel del mar, con valores de presión parcial de oxígeno próximas a 150 mmHg (20 kPa) y de PCO₂ de 0 mmHg (0 kPa). En estas condiciones, el discreto aumento de la presión parcial de oxígeno y la reducción más acentuada de la PCO₂, ocasionados por el conjunto de unidades con cocientes V̇_A/Q̇ elevados, puede ser expresada como la cantidad de aire inspirado que hay que añadir a los valores ideales para lograr los que se observan usualmente. Se dice, entonces, que las unidades con cocientes V̇_A/Q̇ elevados provocan o tienden a provocar una situación de incremento del espacio muerto fisiológico o, simplemente, un fenómeno de espacio muerto.

El mecanismo de la ventilación necesita de la introducción de una mezcla de gas fresco, lo que se logra gracias a la expansión pulmonar de la fase inspiratoria. Esta expansión produce un flujo de gas con un incremento en el número total de sus moléculas en la periferia (movimiento convectivo). Pero este incremento no se produce de un modo homogéneo en todas las unidades alveolares funcionales, debido a las diferencias de expansión de las mismas y a las limitaciones de los mecanismos de mezclado.

Asimismo, las moléculas presentan una energía térmica que provoca un movimiento aleatorio que favorece el mezclado y que tiende a disminuir la diferencia de concentración entre los gases. Este proceso se conoce como difusión molecular y es fundamental para los mecanismos de mezclado intrapulmonar.

En el pulmón intervienen, por tanto, dos mecanismos de mezclado: 1) el convectivo, y 2) el difusivo, cuyas interacciones son muy importantes.

Para comprender la acción de estos mecanismos en el pulmón es necesario recordar que la estructura pulmonar presenta un aumento progresivo del área de sección desde la primera hasta la última generación bronquial, de forma que más del 95% del volumen pulmonar se encuentra situado distalmente a los bronquíolos respiratorios.

Transporte y mezclado

Transporte por mecanismo convectivo

Consiste en el transporte unidireccional de las moléculas del gas, produciendo un incremento neto de materia en la zona hacia la que fluye. Este transporte es realizado en el pulmón por el gradiente de presión total creado entre la boca y el interior de los alvéolos, y generado por los músculos respiratorios.

El movimiento convectivo puede ser laminar, de transición o turbulento. Durante la respiración en reposo (con flujos inspiratorios <500 mL/s) la mayoría del flujo es laminar, si bien en condiciones extremas puede existir un componente turbulento a lo largo del árbol bronquial.

A partir de los bronquíolos respiratorios existe un flujo laminar, prácticamente bajo cualquier circunstancia. Por ello y porque el lugar donde se producen las interacciones entre los mecanismos convectivo y difusivo es muy distal, es importante centrarse en el transporte convectivo en flujo laminar.

Si sólo existiera el mecanismo de mezclado convectivo se produciría un cambio brusco de concentración entre el gas inspirado y el residual, tanto durante la inspiración como al final de la misma, interponiéndose el gas residual como una barrera entre el gas inspirado y la interfase alveolocapilar e impidiendo los mecanismos de la respiración. Afortunadamente, la difusión molecular tiende a igualar las concentraciones de los gases y, por tanto, a homogeneizarlos (mecanismo difusivo).

Tal mecanismo difusivo actúa desde el comienzo de la inspiración. En condiciones de flujo laminar el gas inspirado como cualquier otro fluido, desarrolla un frente de avance de tipo parabólico (figura 51-10). Este frente se origina por la viscosidad del fluido que retiene el movimiento de las moléculas en función de su proximidad con las paredes del tubo (vía aérea), y está sujeto a dos interacciones que desdibujan su perfil. La primera se conoce como dispersión radial de Taylor, en la que las moléculas del gas en la zona central del frente con mayor concentración difunden radialmente hacia las zonas periféricas adyacentes a las paredes y de éstas hacia atrás. Ese mecanismo llegaría a abolir el gradiente de concentración radial si no fuera porque el propio perfil parabólico del avance convectivo lo va restaurando. La segunda, la difusión axial o longitudinal es provocada por la diferencia de concentración entre el gas inspirado y el gas residencial. Cuando la velocidad del gas es lenta y el diámetro del tubo pequeño, como sucede en la zona distal del pulmón, la difusión axial cobra un protagonismo fundamental en el mecanismo de mezclado.

Mezclado cardiogénico

Existe un efecto adicional en el mezclado convectivo debido a la acción mecánica de los latidos cardíacos, acción que disminuye el espacio muerto medido durante la apnea en animales vivos, con respecto a animales muertos. Su efecto en el mezclado del gas alveolar es más discutido. Un fenómeno curioso, cuyo origen concreto aún no está del todo aclarado, es la aparición de oscilaciones en el trazado de los gases, en sincronía con el latido cardíaco.

Mezclado difusivo

Interacción entre el mezclado convectivo y el difusivo

Debido a la morfología del árbol bronquial, cuya sección total aumenta progresivamente de modo similar a una trompeta (figura 51-11), la velocidad lineal del gas disminuye a medida que avanza hacia la periferia, en donde el mecanismo de difusión axial aumenta. Existe un punto donde el movimiento convectivo se iguala al difusivo, creándose un “frente estacionario de difusión” (figura 51-12). Este frente se originaría porque toda la aportación de moléculas por convección es transportada hacia la periferia por mecanismos difusivos, haciendo que ese frente permanezca aproximadamente estacionario en su localización durante toda la inspiración, siempre que el flujo se mantenga constante.

Dicho frente es “la zona de contacto” entre el gas inspirado y el gas residual y tiene íntima relación con lo que conocemos como espacio muerto anatómico, separando la zona de mezclado en dos partes: a) la zona proximal al frente, sólo condicionada por el mezclado convectivo distal, y b) la zona frontal influida por ambos mecanismos de mezclado y, por tanto, dependiente de las interacciones convectivo-difusivas.

Mezclado dentro del gas alveolar

En la zona distal al frente existe un proceso de mezclado difusivo que tiende a homogeneizar el gradiente de concentración de los diferentes gases que componen la mezcla alveolar, desarrollado entre la mezcla próxima al frente de difusión y la adyacente a la zona de intercambio. El mecanismo difusivo aumenta proporcionalmente a la temperatura, el área de sección de intercambio y la diferencia de concentración de los gases y disminuye en relación directa a la longitud de la zona de mezclado y la raíz cuadrada del peso molecular.

Mecanismos de producción de heterogeneidades en la distribución de la ventilación

Heterogeneidades convectivas

Interregionales. Son las diferencias que se establecen entre distintas regiones del pulmón, debidas al efecto de la gravedad. Estas diferencias han sido estudiadas usando inyecciones (“bolos”) de gases marcados que inhalados desde la situación de capacidad residual funcional (CRF), se distribuyen preferentemente en las zonas inferiores del pulmón; sin embargo, si se efectúa la inhalación cerca del volumen residual (VR), el cierre de las vías aéreas en las zonas inferiores condiciona que la inyección (“bolos”) se distribuya de preferencia en las zonas superiores.

Existe un gradiente vertical de expansión, de modo que las regiones inferiores (figura 51-13B) se expanden menos que las superiores a cualquier volumen inicial, siempre y cuando lo hayan hecho totalmente hasta la capacidad pulmonar total (CPT). Esto ha sido atribuido al efecto gravitacional, que hace que las zonas inferiores se encuentren menos expandidas que las superiores, salvo al llegar a la capacidad pulmonar total donde todos los volúmenes se igualan a pesar de persistir el gradiente de presión, ya que en esa parte la curva presión-volumen (PV) es casi plana, y moderados cambios de la presión producen mínimos cambios de volumen.

De este modo cuando se inhala oxígeno al 100% mediante capacidad vital inspiratoria, las zonas inferiores reciben de manera proporcional más cantidad y, por tanto, su concentración de nitrógeno, es más baja, estableciéndose un gradiente de concentración entre las bases de los pulmones y los vértices. Si el vaciamiento posterior de las diferentes regiones fuese sincrónico, los valores de nitrógeno, medidos serían un promedio de las diferentes zonas, no generándose ninguna pendiente. Para que esta pendiente aparezca es necesario un vaciamiento secuencial. Este vaciamiento se debe a la colocación de las distintas regiones en diferentes partes de la curva de distensibilidad (PV) (figura 51-13A). Al principio de la espiración las unidades inferiores aportan más volumen a la mezcla, con lo que el nitrógeno es más bajo, pero a medida que se vacía el pulmón aumenta la contribución de las zonas superiores, con lo que aumenta la concentración media del nitrógeno, generando de este modo una pendiente (figura 51-13C).

Intrarregionales. Son las variaciones de la distribución generadas entre unidades muy próximas, debidas a sus distintas propiedades mecánicas y su diferente situación en la curva de distensibilidad. En esencia, tienen la misma base fisiológica que la referente a las interregionales, con la salvedad de que las diferencias de expansión de las unidades se producirían entre zonas muy próximas.

Se ha estimado que entre 50 y 80% de la pendiente de la fase III (véase más adelante) se genera por heterogeneidades intrarregionales.

Heterogeneidades convectivo-difusivas

Si las unidades dependientes de puntos de ramificación se encuentran dentro del frente de difusión, las heterogeneidades son generadas por interacción de los mecanismos convectivos y difusivos. Como el frente se sitúa de forma muy periférica, estas alteraciones sólo se pueden producir de manera intrarregional, cuyo complejo mecanismo sobrepasa la intención de este capítulo.

La diferenciación del componente convectivo-difusivo del convectivo puede ser efectuada por medio de la prueba de respiración múltiple de nitrógeno, la cual se comenta más adelante.

Aportaciones experimentales

Fases de la respiración única (single-breath). Este método es el más utilizado, en especial la técnica de análisis de nitrógeno espirado después de una inspiración de O₂ puro. La técnica consiste en la inhalación de oxígeno al 100%, desde volumen residual, efectuando inmediatamente después una espiración durante la cual se registren el volumen espirado y la concentración de nitrógeno. En el trazado espiratorio se puede observar inicialmente un cambio de volumen sin aparición de nitrógeno que corresponde al gas inspirado (oxígeno), el cual ocupa la vía aérea principal (fase I); después se produce un incremento en la concentración del gas marcador (nitrógeno) de forma sigmoidal (fase II) hasta alcanzar la meseta o plateau alveolar (fase III), la cual se interrumpe casi al final del trazado por un aumento brusco de la concentración (fase IV). La fase II corresponde a la situación del frente de difusión, aunque modificado por los cambios que se producen desde el final de la inspiración hasta el momento del registro. Si no existieran mecanismos difusivos, el cambio entre las fases I y II sería abrupto. El volumen acumulado hasta la aparición en el trazado de este frente se identifica con el espacio muerto (V_D) anatómico.

Pendiente de la fase III. La fase III, o plateau alveolar, corresponde a la muestra de gas alveolar y se dispone en pendiente, que se ha relacionado con las heterogeneidades de la distribución del gas. Los factores que pueden contribuir a la formación de esta pendiente son:

• El intercambio gaseoso de oxígeno y dióxido de carbono.

• Las heterogeneidades de la distribución tanto interregionales como intrarregionales.

El efecto del intercambio gaseoso se debe a la mayor absorción de oxígeno en relación con la producción de dióxido de carbono, lo que origina una concentración progresiva del gas alveolar a lo largo de la espiración, efecto que ha sido valorado efectuando una prueba en sentido inverso. Esta última consiste en realizar, después de la prueba clásica, una adicional en la que la persona inhala aire ambiental tras lavar el nitrógeno alveolar respirando oxígeno al 100%. De este modo se obtuvieron dos imágenes en espejo, no idénticas (figura 51-14). Las diferencias en los dos trazados sólo pueden ser debidas al efecto del intercambio gaseoso, que produce un aumento de la pendiente de prueba habitual y una disminución de la prueba invertida. La contribución media de este intercambio fue estimada en alrededor de 10% de la pendiente media.

Con esta prueba no es posible separar las contribuciones a la pendiente de los diferentes tipos de heterogeneidades, pero cuando la pendiente alveolar fue medida directamente en la tráquea y en las pequeñas vías aéreas (<2 mm de diámetro), no se encontraron cambios sustanciales y su valor medio en las pequeñas vías aéreas fue del 77% de la correspondiente a la tráquea. Esto implica que la mayor parte de la pendiente se genera en las vías aéreas periféricas de 2 mm de diámetro. Otro hallazgo importante fue la ausencia de variaciones importantes en las pendientes, realizadas en apneas de 6.5 s, con distintas fuerzas gravitacionales (0, 1 y 2 s) durante vuelos parabólicos. Esta pendiente ha mostrado ser muy sensible a la duración de las apneas con una caída de tipo exponencial, lo que indica en conjunto que los mecanismos intrarregionales son los principales responsables de la formación de la pendiente de la fase III.

Volumen de cierre. En el trazado espiratorio se observa un incremento importante en la concentración del gas trazador, cerca del volumen residual (fase IV). El volumen comprendido entre el punto donde comienza este incremento y el final de la espiración se conoce como volumen de cierre, llamado así porque su mecanismo de desarrollo corresponde al cierre de las vías aéreas en las zonas inferiores del pulmón y refleja el aporte de zonas con mayor contenido de nitrógeno (por el gradiente gravitacional). La suma del volumen de cierre y el volumen residual se conoce como capacidad de cierre.

Aportaciones del método de la respiración múltiple. A diferencia del anterior sistema, éste obliga a efectuar respiraciones múltiples y repetidas. La aproximación más simple que se conoce es el lavado del nitrógeno. En este caso se inhala oxígeno al 100% y se analiza el nitrógeno espirado. La desviación de la línea recta en una gráfica semilogarítmica es considerada como un índice de ventilación heterogénea.

Si en lugar de analizar la concentración del gas al final de la espiración o en el mezclado espirado se hace esto en forma continua, es factible medir la pendiente y normalizarla (mediante la división por la concentración alveolar media). Así es posible identificar los diferentes componentes de la pendiente.

En un sujeto sano, el registro de la pendiente normalizada en función del número de respiraciones muestra un incremento rápido de la misma durante los primeros cuatro movimientos respiratorios, para después aumentar de manera constante (figura 51-15). Este último incremento se atribuye a las heterogeneidades convectivas. Con un ajuste de esta zona de la curva y mediante una extrapolación retrógrada, se estimó que el 28% de la pendiente de la maniobra de “respiración única” se debía a alteraciones convectivas y, por tanto, a interacciones convectivo-difusivas en la periferia del pulmón.