FISIOLOGÍA DEL APARATO RESPIRATORIOJunio 25 de 2010Dr. Oscar Leonel Rueda En el intercambio gaseoso nos vamos a centrar en los dos gases fundamentales que son el oxígeno y el CO2, en la clase pasada queríamos mirar para el intercambio de gases debemos tomar en consideración que los gases se toman de la atmósfera y que nuestra atmósfera esta constituida por una mezcla de gases, y que cada uno de estos gases aporta una presión parcial y que la la sumatoria de presiones parciales nos da la presión total de la atmósfera. Un aspecto importante es que esa presión en nuestra atmósfera a nivel del mar, tenemos oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua. A nivel del mar la sumatoria de todas estas presiones es de 760 mm Hg. Pero, según la ley de Dalton, la presión total de la atmósfera es la sumatoria de las presiones parciales de cada uno de estos gases. Si consideramos, entonces, tomar una muestra de aire, nos vamos a dar cuenta que tenemos una concentración aproximada de O2 del 22%, de N de 70,9%, CO2 va a representar el 0,03% y vapor de agua va a estar en un concentración ínfima. La sumatoria de cada una de estas presiones entonces va a ser el múltiplo de la presión atmosferica por la presión que ejerce cada uno de estos gases en la atmósfera.

Si nosotros estamos a nivel por ejemplo de Bogotá, si nosotros estamos a una altura mayor a la del nivel del mar, la presión atmosférica cada vez irá a ser menor, y al ser cada vez menor la presión atmosférica, la presión parcial que ejerce cada uno de estos gases va a ser menor, va a ser muchísimo menor a la que podemos encontrar al nivel del mar. Esto es un aspecto importante a considerar: que a grandes alturas, la presión parcial de oxígeno que nosotros tenemos va a ser muchísimo menor; sin embargo la curva de saturación del oxígeno en la hemoglobina (saturación / presión parcial)

Si nosotros tenemos por ejemplo a nivel del mar una presión parcial de O2 de 150 y en el alveolo tenemos 100 de presión de O2 alveolar y en esto tenemos una saturación del 100%. Cuando nosotros cambiamos de altura, tenemos por ejemplo presión de O2

menor, una presión por ejemplo de 70, 80, 90; a nivel alveolar la fluctuación no cambia mucho pues nosotros tenemos un margen de seguridad, que pese a que nosotros en el ambiente tengamos una menor presión parcial de O2, este margen de seguridad va a hacer que no se distribuya de igual manera la saturación de oxígeno. Si estamos a una altura que la presión parcial de O2 llega a los alvéolos con un valor de 80, 70; mi saturación que inicialmente era del 98% va a bajar inicialmente al 95%; no me va a bajar más. Ósea NO se da que por cada unidad de presión parcial de O 2 que yo disminuya, voy a disminuir una unidad de saturación, porque yo tengo la capacidad de tener bajas presiones parciales de O2, pero esto no me implica que yo baje también mi saturación, mi saturación va a permanecer alta. El ejemplo clínico es que en los tejidos nosotros tenemos una saturación de O2 de 40 mm Hg, entonces podríamos considerar que la saturación de O2 bajará hasta el 75%. Ósea que la presión de O2 venosa es de 40 mm Hg, que es una presión muy baja comparada con la presión de O2 arterial que es de 100 mm Hg. Pero pese a que nosotros tengamos una presión de O2 muy bajita en las venas y los tejidos, nuestra saturación aunque baja no baja tanto, tan solo baja al 75%. Nuestro glóbulos rojos tienen la capacidad de capturar O2 para intentar tener un margen de seguridad para que no entremos en una hipoxemia severa. Entonces este es un aspecto fundamental a considerar que es esos aportes parciales de O2.

El otro aspecto importante, es lo que corresponde a la forma cómo se distribuye ese O 2 y cómo se distribuye ese CO2, en nuestros vasos sanguíneos. Entonces un aspecto fundamental es que el O2 se encuentra en nuestra sangre unido a la hemoglobina, transportado por la hemoglobina; más del 98% de O2 que tenemos en nuestra sangre esta unido a la hemoglobina, hay un pequeño porcentaje que está solamente disuelto en el plasma; pero la mayoría esta unido a la hemoglobina.

En cuanto al CO2, que esta viajando permanentemente en los glóbulos rojos, pero unido a la hemoglobina, solamente en un 23%. Entonces a diferencia del O2 el CO2 solamente va unido a la hemoglobina en un 23%. Y en un 70 a 76% están en los glóbulos rojos, viajando en forma de bicarbonato. Y es que el CO2 se introduce en el glóbulo rojo, reacciona con el agua, y por acción de una enzima que tenemos en los glóbulos rojos que se llama anhidrasa carbónica, forma ácido carbónico, el cual se disocia en bicarbonato e hidrogeniones (H+). Entonces es importante el concepto que la mayor cantidad de CO2 que se transporta en nuestro cuerpo, es en forma de bicarbonato. Ese bicarbonato no que queda en el interior del glóbulo rojo, este va a ser intercambiado hacía el exterior del glóbulo rojo; ese intercambio se hace con cloro, y el bicarbonato se nos convierte en una solución buffer, en una solución amortiguadora.

Es importante a nivel de los alvéolos contemplar que existe una presión de vapor de agua de 47 mm Hg, de CO2 de 40 mmHg, y en la sangre venosa encontramos 45 a 46 de CO2 y 40 mm Hg de O2 y también tenemos un rango de seguridad. Cuando llega la sangre por ese capilar al pulmón, se demora se demora en transito más o menos 0,75 segundos, menos de un segundo tres cuartas partes de un segundo que son 0,75 segundos; es el tiempo que gasta la sangre desde que entra por el capilar arterial pulmonar y sale por el capilar venoso. Pero el intercambio para que esto se convierta en esto, se demora 0,5 segundo; que significa esto, tenemos también un rango de seguridad en el cual tenemos tres veces más espacio disponible para poder hacer el intercambio, sin embargo, en condiciones fisiológicas el intercambio ocurre en sólo 0,5 segundos. Esto es un dato que es importante que ustedes lo tengan en cuenta

El otro aspecto fundamental es que ese intercambio y esa saturación hace que la hemoglobina que llega, pobremente saturada de O2 llamada deoxihemoglobina, rápidamente se llene de moléculas de O2. Por cada molécula de hemoglobina se le van a unir 4 moléculas de O2. Cada una de las moléculas de O2 se va a unir a uno de los grupos hem de la hemoglobina y la convierte de deoxihemoglobina a oxihemoglobina a esta se le llama respiración externa. Y esta saturación que ocurre a nivel de los pulmones , Si yo la veo desde la curva de saturación de O2 en la hemoglobina me va a ser que la curva se me vaya a la izquierda, ósea, que hay una gran capacidad de esa hemoglobina de capturar oxígeno, esto ayudado de otros factores, como la baja temperatura, la hipotermia, me ayuda a capturar el O2 en la hemoglobina, la alcalosis me ayuda a capturar el O2 en la hemoglobina, las bajas concentración de CO2 y de 2,3-difosfoglicerato me ayudan a capturar el O2 en la hemoglobina. Esa hemoglobina y esa sangre arterial van a los tejidos, y en los tejidos debe ocurrir el fenómeno contrario, la hemoglobina se debe desaturar y se va a dar la disociación. La hemoglobina debe disociarse del O2 y para disociarse necesitamos que los tejidos, tengan alta temperatura y a mayor temperatura, mayor chance que mi hemoglobina libere el O2, que halla mayor cantidad de H+ y a mayor cantidad de H+, mayor liberación del O2, que halla alta concentración de PCO2, entre mayor capacidad metabólica tenga el tejido más concentración de CO2 me va a producir y más se me va a facilitar esta

disociación del O2 de la hemoglobina, así mismo el 2,3-bifosfoglicerato, me favorece este paso. Este fenómeno que ocurre en los tejidos, de la entrega de O2 se llama respiración interna. Este es un aspecto fundamental a tener en cuenta. Otro aspecto fundamental también, es mirar que la ventilación que es la entrada de aire a los pulmones, que la perfusión es la circulación de sangre en los pulmones. No son fenómenos simétricos. No es simétrica. Es un fenómeno ASIMÉTRICO. ¿En que sentido es un fenómeno asimétrico? En el sentido de que no todas las partes del pulmón están igual de ventiladas e igual de perfundidas. Hay unas diferencias entre la ventilación y la perfusión en las diferentes partes de los pulmones, por lo general el área que está mayor perfundida y que tiene mejor ventilación son las base pulmonares; las bases pulmonares son las áreas de los pulmones que tienen mayor perfusión y mayor ventilación, comparado con los ápices. Los ápices de los pulmones son los sitios que tienen menor ventilación y menor perfusión. Sin embargo es importante ver que uno debe manejar un concepto que se llama ventilación /perfusión

Lo absolutamente normal, es que nosotros tengamos en un momento determinado una igual ventilación y una igual perfusión. Eso es lo que esperaríamos normalmente, es decir que áreas que están ventiladas también estén perfundidas. Pero no ocurre así, viene el concepto de espacio muerto alveolar, porque tenemos espacio anatómico muerto, y ustedes saben que son todas esas áreas que no tienen alvéolos; pero puede existir el problema de que tengamos también espacio alveolar muerto, espacio alveolar muerto es aquel en el cual no hay circulación sanguínea en los alvéolos; PERO esto no ocurre en condiciones netamente normales sino en condiciones patológicas. En condiciones patológicas, se pude presentar que tengamos algunos alvéolos que no reciben buena perfusión, los cuales son considerados un espacio muerto alveolar. ¿Qué situaciones pueden llevar a que esto ocurra? Por ejemplo, en el tronco embolismo pulmonar, en el cual se forman trombos en el sistema venoso y esos trombos del sistema venoso que se producen predominantemente en las piernas, viajan hacía el pulmón y pueden obstruirme ciertos de estos capilares, haciendo que los alvéolos no reciban una buena irrigación, y aquí se produce un espacio muerto alveolar. Entonces esto es importante –El espacio muerto alveolar-. También se puede presentar en los famosos shunt, que es el fenómeno contrario. Los famosos shunt son alvéolos que están obstruidos, alvéolos que no reciben la ventilación pero que si reciben perfusión, entonces que ocurre en esos casos, en esos casos ocurre que nosotros no vamos a oxigenar, no vamos a cambiar las concentraciones de la sangre venosa que llega, sino la sangre venosa va a pasar igual, entonces ciertas situaciones van a causar el shunt, un tumor por ejemplo en la vía respiratoria que no me permita que a ciertos alvéolos les llegue aire para una adecuada ventilación, y puede ocasionarse lo que se llama el shunt, que son áreas no ventiladas pero que tienen perfusión. Entonces es vital que ustedes tengan estos dos conceptos, el concepto del espacio alveolar muerto, cuando existen alvéolos que tienen ventilación pero no presentan perfusión como en el tronco embolismo pulmonar, y el otro es el shunt, en el caso que sea un shunt intrapulmonar es dado porque hay alvéolos que están obstruidos y no reciben ventilación. Pero hay un shunt extrapulmonar, que ocurre cuando hay cardiopatías, entonces en el shunt extrapulmonar, lo que ocurre son cardiopatías como comunicaciones interauriculares o interventriculares que van mezclando la sangre.

Entonces podemos nosotros mirar estas tres opciones, ¿qué pasaría con la ventilación y perfusión en una situación ideal? A que sería igual una situación ideal, a alvéolos que se

ventilan bien y se perfunden bien, ¿eso cuanto nos debe dar? Rta: 1, la ideal ventilación /perfusión es 1, en la cual nosotros tenemos áreas bien ventiladas y bien perfundidas. ¿Qué pasaría en el caso del trombo embolismo pulmonar? Allí tendríamos buena

ventilación pero mala perfusión, entonces, porque no está perfundiendo absolutamente nada. En el caso del shunt arterial, entonces nosotros

tendríamos . Entonces estos datos son importantes, para mirar la relación ventilación/perfusión.

Hemos dicho que las bases pulmonares son las que reciben mayor ventilación y mayor perfusión. Si yo tengo el pulmón, es cierto que mi base comparado con mi ápice son las que más se ventilan y perfunden; pero la base tiene otra connotación importante en cuanto a la relación ventilación/perfusión; es mucho más la perfusión que la ventilación en la base pulmonar. Por eso la relación ventilación /perfusión es menor de 1 en la base. Y la relación ventilación /perfusión en el ápice pulmonar, como es mucho mayor la ventilación que la perfusión, es mayor que 1 (la relación ventilación /perfusión). Entonces este es un dato también importante a tener en cuenta.

Entonces es importante el concepto de ventilación en forma independiente, el concepto de perfusión en forma independiente, el concepto de ventilación /perfusión. El concepto de espacio muerto alveolar, y el concepto de shunt, cuando lo que no esta funcionando es la ventilación alveolar en forma adecuada.

El otro aspecto importante a considerar, es que hay que relacionar los otros tres o cuatro aspectos fundamentales. Uno es la presión alveolar, entonces tenemos siempre que estar mirando cómo es la presión intraalveolar, la presión de los gases dentro del alvéolo, ese es un aspecto primero a mencionar; el otro fundamento que debo mirar el la presión arterial, y el tercer aspecto es la presión venosa. Con estos tres aspectos van a mirar cómo es la situación de fuerzas en un momento dado.

Si yo relaciono las presiones, la presión alveolar que para efectos prácticos uno la puede encontrar como la PA, la presión arterial que es la Pa, y la presión venosa que es la Pv; uno puede encontrar que el pulmón tiene potencialmente cuatro zonas de ventilación perfusión. Ya habíamos descrito que en la zona de la base, que comparado con el ápice hay más perfusión, sin embargo tiene menos ventilación, teniendo el cociente ventilación /perfusión menor de 1. Y teniendo en el ápice el cociente ventilación /perfusión mayor de 1. Ahora no sólo tenemos estas dos áreas, sino que podemos tener cuatro zonas para dividir al pulmón. Zonas de división del pulmón: Zona 1: está ubicada en los ápices pulmonares, y en esta zona de manera

fundamental la presión alveolar es muy alta comparada con la presión arterial. (PA> Pa) Entonces esta situación nos lleva a que el flujo sanguíneo hacía esta zona disminuya, porque la distensibilidad del alvéolo colapsa los capilares que están llegando a esta zona. Por lo general, es una situación extrema que no se ve en pulmones de personas sanas, pero si se ve en pulmones enfermos.

Zona 2: es una zona ubicada por debajo de la zona 1, en un punto intermedio, es una zona en la cual la presión arterial es mayor que la presión alveolar y es mayor esta última que la presión venosa. (Pa>PA>Pv)

Zona 3: debajo de la zona 2, allí tenemos que la presión arterial es mayor que la presión venosa y esta es mayor que la presión alveolar (Pa>Pv>PA). Entonces hubo un pequeño cambio.

Zona 4: puede presentarse un flujo sanguíneo anormal donde no exista flujo, y lo vamos a ver en falla ventricular izquierda y en estenosis mitral.

Encontramos que la base de los pulmones individualmente, comparada con el ápice tienen tanto mayor (perfusión) flujo sanguíneo, como mayor ventilación alveolar. Pero, que pasa si la comparamos entre sí. El flujo sanguíneo es mayor en la base, luego el índice de ventilación /perfusión en la baje es menor que 1; por el contrario en el ápice vamos a ver que este tiene mayor ventilación alveolar que ventilación, lo que nos da un índice ventilación /perfusión mayor que 1.

Y aquí tenemos, lo que estamos viendo con respecto al espacio muerto alveolar y el shunt. El espacio muerto alveolar, cuando hay un trombo no va a llegar sangre al alvéolo. Si nosotros miramos el índice ventilación /perfusión del espacio muerto alveolar, tendremos una gran ventilación y cero perfusión, ósea que el índice ventilación /perfusión va a ir hacía el infinito. Yen el caso que el alvéolo tenga las mismas concentraciones de O2, y CO2 que el capilar arterial, y entonces ¿qué va a ocurrir? Que la sangre venosa llega con 40 de O2, y 46 mm Hg de CO2. y tengo shunt intrapulmonar, el cual se dará en condiciones patológicas, en las cuales los pacientes tengan obstrucción, o haya obstrucción de las vías respiratorias que no permita el intercambio de gases, y entonces la sangre que entra venosa, sigue siendo sangre venosa. Entonces el índice ventilación /perfusión en el shunt intrapulmonar, la ventilación es cero y la perfusión es todo lo que usted quiera, entonces el índice tendrá un valor de 0. Hemos visto que ese shunt va a hacer que parte de la sangre que pase por esa área no se oxigene, y como al final se reúne toda la sangre en las venas pulmonares, la saturación de O2 va a ser menor de la normal ¿por qué? Porque no toda la sangre del pulmón tiene la misma saturación, entonces es sangre venosa que se mezcla a la sangre arterial que si ha sido limpiada en la zona de intercambio gaseoso. Entonces el shunt arterio-venoso o intrapulmonar, me va a generar una disfunción de O2 de la sangre que llega a las venas pulmonares. Hemos visto también que existe el shunt extrapulmonares, que tienen que ver con comunicaciones interauriculares e interventriculares, donde la sangre venosa se mezcla con la sangre arterial.

Miren este aspecto a mencionar. Hemos mencionado entonces que la base del pulmón es rica en ventilación. Pero miren este aspecto fundamental, la totalidad del volumen pulmonar, en la base pulmonar se recibe la mayor cantidad de ventilación, la ventilación predominantemente va a estar ubicada en la base del pulmón. Mire en la parte del ápice, se relaciona con la parte anatómica. Hay más unidades ventilatorias en la base pulmonar, hay más alvéolos pulmonares en la base en comparación con el ápice del pulmón.

Otra cosa importante es la distensibilidad del diámetro de los alvéolos es mucho mayor a nivel del ápice, comparado con la base. En la base tenemos mucha cantidad de alvéolos pero los diámetros de los alvéolos es menor, pero tienen una mayor complianza, una mayor capacidad de cambiar su volumen, por cambios en el volumen

que entra. . La capacidad de recibir más volumen aéreo es muchísimo mayor en los alvéolos de la base comparada con los alvéolos del ápice, aunque tengan un diámetro menor, pero ellos pueden más fácilmente adaptarse y recibir más volumen; ósea siempre del volumen total del pulmón es mucho mayor el volumen en las bases pulmonares.

Vamos a mirar el otro aspecto que les quería mencionar, tiene que ver con el diámetro del alvéolo y del vaso sanguíneo que esta relacionado con esos alvéolos. Aquí están los alvéolos, los vasos sanguíneos y los vasos extraalveolares. Los vasos sanguíneos que están en contacto con los alvéolos, los que rodean a los alvéolos, tienen un vaso sanguíneo que está por fuera del alvéolo en le parénquima pulmonar. Mire una cosas importante es como van cambiando los volúmenes pulmonares, aquí miramos el extremo, en este extremo está el volumen pulmonar total. En la capacidad pulmonar total al distenderse el pulmón los capilares que están es relación con los alvéolos se colapsan, por la distensibilidad. Pero al distenderse el pulmón que pasa con el diámetro de los capilares extraalvéolares, se distiende, hay mayor flujo de sangre en los capilares extraalveolares, comparado con los capilares que están en contacto con el alvéolo. Entonces ahí tenemos el punto intermedio, en cuando tenemos la capacidad pulmonar residual.

Por último, para terminar la parte de respiratorio, debemos mencionar un aspecto fundamental, control de la respiración. Entonces tenemos dos controles, un control voluntario de la respiración y un control involuntario de la respiración. El control de la respiración se hace a partir del manejo que nosotros hagamos del diafragma, como principal músculo inspiratorio, ya sabemos que cuando contraigamos el diafragma, necesariamente vamos a estar inspirando. Ahora bien, el diafragma está controlado por dos nervios, lo frénicos, que nacen de C3 a C5. Pero esos nervios frénicos que nacen de C3 a C5 están controlados por unos núcleos que son los núcleos respiratorios dorsales y los núcleos respiratorios ventrales, que están en la médula oblongada; en el bulbo raquídeo.