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La función principal del aparato respiratorio es el intercambio de gases. Para que esta función tenga lugar es indispensable el correcto funcionamiento de toda una serie de estructuras estudiadas en capítulos anteriores y que comprenden desde el centro respiratorio hasta la concentración de hemoglobina pasando por el alvéolo pulmonar. En el laboratorio de función pulmonar se puede estudiar el funcionamiento de todas estas estructuras. Las técnicas que aportan mayor información, y a las que se dedica este capítulo, son la espirometría, el estudio de los volúmenes pulmonares, el test de transferencia del CO y la gasometría arterial.
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La espirometría es una técnica que, por medio de un espirómetro, analiza los distintos volúmenes de aire que el pulmón es capaz de movilizar. La figura 56-1 muestra en esquema un espirómetro convencional, formado por una campana introducida en un recipiente cilíndrico y sellada con agua. Los cambios de volumen en la campana producidos cuando se respira a través de un tubo conectado a la misma, se trasladan a un registrador gráfico o a un microordenador. El resultado son curvas volumen/tiempo donde se pueden evaluar los volúmenes y capacidades detallados en la figura 56-2. El volumen de aire inspirado o espirado en cada respiración es el volumen corriente o volumen tidal (VT). El volumen máximo de gas que puede ser inspirado a partir del VT es el volumen de reserva inspiratorio (VRI) y el volumen máximo de gas que puede ser espirado a partir del VT es el volumen de reserva espiratorio (VRE). El volumen máximo de gas capaz de ser movilizado por los pulmones es la capacidad vital (CV) y corresponde con la suma del VT, VRI y VRE. El volumen de gas que queda en el pulmón después de una espiración máxima es el volumen residual (VR). La suma del VR y el VRE nos da la capacidad residual funcional (CRF), que es el volumen pulmonar al final de una espiración durante la respiración en reposo, y la suma del VR con la CV constituye la capacidad pulmonar total (CPT o TLC en siglas anglosajonas), que es la máxima cantidad de gas que nuestros pulmones pueden albergar. El VR no se puede medir con un espirómetro y para su cálculo se precisan técnicas pletismográficas o de dilución de gases.
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La espirometría forzada consiste en solicitar al sujeto, que tras una inspiración máxima, expulse todo el aire en el menor tiempo posible. Esta técnica proporciona información de mayor relevancia clínica, ya que permite establecer una posible alteración ventilatoria y tipificarla. Además de los anteriores parámetros se puede obtener la capacidad vital forzada (CVF [o FVC en siglas anglosajonas]), que en condiciones normales es igual a la CV, el volumen máximo de aire espirado en el primer segundo de la espiración (FEV1), el flujo espiratorio máximo entre 25 y 75% de la CVF y el cociente entre el FEV1 y la CVF (FEV1%), que en condiciones normales oscila entre el 70 y el 80%. La combinación de la CVF, el FEV1 y el FEV1%, tal como se muestra en la figura 56-3, permite detectar en muchos casos si existe una alteración ventilatoria obstructiva, restrictiva o mixta.
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El espirómetro convencional es sustituido en forma progresiva por equipos capaces de medir flujos (neumotacógrafo) que permiten realizar curvas flujo/volumen. El neumotacógrafo (figura 56-4), tras convertir un flujo turbulento en laminar, mide la diferencia de presión entre la parte anterior y posterior de una resistencia conocida la cual es proporcional al flujo. La señal de flujo es integrada de manera electrónica en volumen y, por medio de un cronómetro interno, relacionada con el tiempo. De esta forma, el neumotacógrafo puede producir de forma instantánea una curva flujo/volumen, flujo/tiempo o volumen/tiempo. Las curvas flujo/volumen además de proporcionar los mismos parámetros que la espirometría forzada facilitan los mesoflujos puntuales máximos a nivel del 25 (MEF25%), 50 (MEF50%) y 75% (MEF75%) de la CVF. La morfología de la curva (figura 56-5) también puede orientar sobre el tipo de trastorno ventilatorio que padece un paciente.
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Para la interpretación de los valores obtenidos con cualquiera de los dos métodos es preciso el uso de valores teóricos. El concepto de valor teórico hace referencia al valor que los distintos parámetros calculados deberían alcanzar en función del sexo, edad, talla, peso y raza, en un individuo determinado. Existe una amplia variedad de valores teóricos, cada laboratorio de función pulmonar debe adoptar aquéllos que más se ajusten a su población. Se considera que un valor es anormal cuando es inferior al 80% de su valor teórico.
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Estudio de los volúmenes pulmonares
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El estudio de los volúmenes pulmonares hace referencia al cálculo del VR de la CRF y de la CPT, parámetros que no pueden ser calculados mediante la espirometría. Dicho cálculo puede realizarse mediante métodos radiológicos, casi en desuso en la actualidad, u obteniendo directamente la CRF por medio de técnicas de dilución de gases o técnicas pletismográficas.
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1. Técnicas de dilución de gases
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a) Circuito cerrado de helio
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Esta técnica utiliza un espirómetro de volumen conocido (V1) y que contiene una concentración de helio también conocida ([He]1). El paciente se conecta al espirómetro y respira en un circuito cerrado en el que se absorbe el CO2 producido y se añade O2 para compensar el consumido por el paciente. El paciente respira en este sistema hasta que se llega a un equilibrio en la concentración de helio. Por tratarse de un gas no difusible, la concentración final de helio ([He]2) disminuye de forma directamente proporcional al aumento de volumen total del sistema (V2 = V1 + CRF), resultado de añadir la CRF del paciente al V1. Como la cantidad de helio permanece constante debe cumplirse que V1 × [He]1 = V2 × [He]2, de aquí se deduce que CRF = V1 × ([He]1 – [He]2) / [He]2. El V1 es conocido, la concentración inicial de helio también y al final se conoce gracias a un analizador de helio conectado al sistema.
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b) Lavado de nitrógeno en circuito abierto
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En esta técnica el paciente respira en un circuito abierto con un aporte de O2 al 100% durante la inspiración. El gas espirado es recogido en un espirómetro o en una bolsa de gases. El cálculo se basa al asumir que la cantidad de nitrógeno que existe en el pulmón del paciente al inicio de la prueba es la misma que se recoge al finalizarla. Al calcular el volumen de gas exhalado (V1) y la concentración final de N2 se puede conocer la CRF (CRF = V1 × [N2]/0.8).
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2. Técnicas pletismográficas
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Existen dos tipos de pletismógrafos, los de presión constante/volumen variable y los de presión variable/volumen constante. Los más usados son los de presión variable que calculan la CRF mediante la ley de Boyle (P × V = P × V). En estos equipos, se introduce al paciente en una cabina, se cierra de manera hermética y se le solicita ya conectado a un neumotacógrafo que respire de forma superficial. Cuando el paciente está a nivel de CRF se cierra el paso del aire con lo que, sin generación de flujo, se producirá un cambio en la presión (P) y el volumen alveolar (ΔV). Si se mantiene una temperatura constante debe cumplirse que P × CRF = (P + ΔP)(CRF + ΔV). El ΔP se calcula mediante un transductor a nivel de la boca (ΔPb), el ΔV es equiparable al cambio de presión observado en la cabina pletismográfica y se mide con un transductor conectado a la misma (ΔPc). Mediante el uso de un osciloscopio se pueden obtener gráficas ΔPb/ΔPc en las que la CRF corresponde con la pendiente de la recta (figura 56-6).
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Prueba de transferencia del CO
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Uno de los procesos fundamentales para que el intercambio de gases a nivel pulmonar tenga lugar de forma correcta es la difusión de los mismos a través de la membrana alveolocapilar. La difusión de gases a través de tejidos cumple la ley de Fick, que determina que el paso de un gas a través de una membrana de tejido es directamente proporcional a la superficie del tejido y a la diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados de la membrana, e inversamente proporcional al espesor de la misma. Además, la celeridad del traslado está en proporción a una constante de difusión que depende de las propiedades de la membrana y de cada gas en particular. Dicha constante es proporcional a la solubilidad del gas e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular (véase capítulo 51).
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Aunque existen varios métodos de medida de la capacidad de difusión, el más usado en la actualidad es la prueba de transferencia del CO mediante respiración única o TLcosb. Para el cálculo de la TLcosb se usa una mezcla de gases que contiene un 8% de He, un 0.3% de CO, un 21% de O2 y el resto de N2. El He es un gas no difusible que se utiliza para conseguir que la mezcla gaseosa sea homogénea y para el cálculo del volumen alveolar. La finalidad de usar CO para analizar la capacidad de difusión se debe a su gran liposolubilidad (por tanto fácilmente difusible) y a su alta afinidad para la hemoglobina, lo que condiciona que sea eliminado con rapidez de la circulación pulmonar. Los parámetros de mayor relevancia clínica obtenidos son la TLcosb cuyas unidades de medida son mL/min/mmHg o mmol/min/kPa, el volumen alveolar (VA) y el coeficiente de transferencia (Kco) que se obtiene a partir del cociente entre la TLco y el VA. La TLco puede dividirse en dos componentes, el factor membrana (Dm) y el factor capilar (Qc) que se relacionan según la siguiente ecuación: 1/TLco = 1/Dm + 1/οQc, donde ο representa la velocidad de reacción entre el CO y la hemoglobina. Tanto la Dm como el Qc pueden medirse con facilidad si se utiliza la misma técnica del cálculo de la TLco, pero con una mezcla de gases que contenga un 8% de He, un 0.3% de CO y un 92% de O2.
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La gasometría arterial es una de las pruebas fundamentales en el estudio de la función pulmonar, ya que permite el estudio de los gases arteriales. La muestra sanguínea por analizar se obtiene mediante la punción de una arteria, por lo común de la arteria radial de la mano no dominante, y la medición de la PaO2, el pH y la PaCO2 se lleva a cabo por medio de tres electrodos incluidos en un mismo equipo. A partir de estos tres parámetros se obtienen en forma automática los valores de la saturación de O2, bicarbonatos y exceso de base. Si la PaO2 es inferior a 85 mmHg (11.3 kPa) existe hipoxemia y si es inferior a 60 mmHg (8 kPa) insuficiencia respiratoria. Cuando la PaCO2 es superior a 45 mmHg (6 kPa) existe hipercapnia y si es inferior a 36 mmHg (4.8 kPa) hipocapnia.
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Establecer que existe insuficiencia respiratoria cuando la PaO2 es inferior a 60 mmHg (8 kPa) se debe a la forma sigmoidea de la curva de disociación de la hemoglobina. A partir del punto de inflexión de la curva que corresponde precisamente con valores de PaO2 de 60 mmHg (8 kPa) y SatO2 de 90%, pequeños descensos de la PaO2 suponen caídas importantes de la SatO2. El descenso de la SatO2 supone una disminución importante de la CaO2, que puede afectar a la oxigenación tisular con la aparición de complicaciones graves en distintos órganos y tejidos.
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Los mecanismos por los que distintas enfermedades pueden ser causa de hipoxemia o insuficiencia respiratoria son básicamente cuatro: la hipoventilación, las alteraciones de la ventilación-perfusión, el cortocircuito (shunt) y las alteraciones de la difusión alveolocapilar. La hipoventilación se produce cuando el sistema respiratorio es incapaz de generar un volumen minuto adecuado. Es invariable la existencia de hipercapnia y el gradiente alveoloarterial de oxígeno suele ser normal. El tratamiento debe dirigirse a mejorar la ventilación con el uso de equipos de ventilación mecánica. La administración sólo de oxígeno puede ser perjudicial al aumentar la hipoventilación por depresión del estímulo ventilatorio (quimiorreceptores periféricos).
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Las alteraciones de la ventilación-perfusión son la causa más frecuente de insuficiencia respiratoria. Pueden cursar con y sin hipercapnia y el gradiente alveoloarterial de O2 suele estar elevado. La administración de oxígeno puede aumentar la PaO2 de forma eficaz.
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La insuficiencia respiratoria es debida a shunt cuando existe paso de sangre a la circulación sistémica sin que sea oxigenada en el pulmón. La disminución de la PaO2 en estos casos no responde a la administración de oxígeno. Por último, las alteraciones de la difusión alveolocapilar son una causa poco frecuente de insuficiencia respiratoria (fibrosis y enfermedades del intersticio pulmonar) que suele corregirse con oxigenoterapia.