Capítulo 9_ Enfermedades Pulmonares PDF

Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Fisiopatología de la enfermedad, 8e Capítulo 9: Enfermedades pulmonares Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast INTRODUCCIÓN El rol fisiológico principal de los pulmones es hacer que el oxígeno esté disponible en los tejidos para el metabolismo y eliminar el principal subproducto de ese metabolismo: el dióxido de carbono. Los pulmones realizan esta función moviendo el aire inspirado muy cerca del lecho capilar pulmonar, para permitir que se lleve a cabo el intercambio de gases por difusión simple. Esto se logra con una carga de trabajo mínima, se regula de manera eficiente en un amplio rango de la demanda metabólica, y se lleva a cabo mediante la combinación adecuada de ventilación y perfusión pulmonar. La extensa área de superficie del sistema respiratorio también debe protegerse de una amplia variedad de agresiones ambientales nocivas o infecciosas. Los seres humanos poseen un sistema respiratorio complejo y eficiente que satisface estos diversos requisitos. Cuando se produce una lesión en los componentes del sistema respiratorio, se interrumpe la función integrada del conjunto. Las consecuencias pueden ser profundas. La lesión o disfunción de la vía aérea produce enfermedades pulmonares obstructivas, como el asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). La lesión del parénquima pulmonar puede provocar enfermedades pulmonares restrictivas, como fibrosis pulmonar idiopática, síndrome de dificultad respiratoria aguda y enfermedad vascular pulmonar. Para comprender las presentaciones clínicas de las enfermedades pulmonares, primero es necesario entender la organización anatómica y funcional de los pulmones que determina un funcionamiento normal. PREGUNTAS DE CONTROL 1. ¿Cuáles son las dos funciones fisiológicas principales de los pulmones? 2. ¿Cuáles son los requisitos para una función pulmonar exitosa? ESTRUCTURA Y FUNCIÓN NORMALES DE LOS PULMONES ANATOMÍA Un sistema respiratorio maduro consiste en pulmones recubiertos por pleura visceral, contenidos por la pared torácica y el diafragma; en condiciones normales el diafragma sirve como el principal músculo de fuelle para la ventilación. Los pulmones se dividen en lóbulos, cada uno de los cuales es demarcado por la pleura visceral intermedia. Cada pulmón posee un lóbulo superior e inferior; el lóbulo medio y la língula son los terceros lóbulos en los pulmones derecho e izquierdo respectivamente. Al final de la espiración, la mayor parte del volumen de los pulmones es aire (cuadro 9–1), mientras que casi la mitad de la masa de los pulmones se debe al volumen sanguíneo. Una prueba de lo delicada que resulta la estructura de la región de intercambio de gases de los pulmones, es que el tejido alveolar tiene un peso total de sólo 250 g, pero en cambio tiene una superficie total de 75 m2. CUADRO 9–1 Componentes de un pulmón humano normal Componente Volumen (mL) o masa (g) Gas (capacidad residual funcional) 2 400 mL Tejido 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 900 g Downloaded Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Policy Sangre Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy400 g Notice Accessibility Pulmón 500 g Grosor (μm ) Page 1 / 67 demarcado por la pleura visceral intermedia. Cada pulmón posee un lóbulo superior e inferior; el lóbulo medio y la língula son los terceros lóbulos en Universidad del Valle de México UVM los pulmones derecho e izquierdo respectivamente. Al final de la espiración, la mayor parte del volumen de los pulmones es aire (cuadro 9–1), Access Provided by: mientras que casi la mitad de la masa de los pulmones se debe al volumen sanguíneo. Una prueba de lo delicada que resulta la estructura de la región de intercambio de gases de los pulmones, es que el tejido alveolar tiene un peso total de sólo 250 g, pero en cambio tiene una superficie total de 75 m2. CUADRO 9–1 Componentes de un pulmón humano normal Componente Volumen (mL) o masa (g) Gas (capacidad residual funcional) 2 400 mL Tejido 900 g Sangre 400 g Pulmón 500 g Estructuras de soporte 225 g Paredes alveolares 275 g Grosor (μm ) Epitelio 60 g 0.18 Endotelio 50 g 0.10 Intersticio 110 g 0.22 Macrófagos alveolares 55 g Reproducido con permiso de Albertine KH. Anatomy of the lungs. In: Broaddus C, et al. Murray & Nadel’s Textbook of Respiratory Medicine. 6th ed. Elsevier Saunders; 2016. Copyright © Saunders/Elsevier. Las fibras de los tejidos conectivos y el surfactante sirven para mantener la integridad anatómica de esta grande y compleja área de superficie. Las fibras del tejido conectivo son estructuras altamente organizadas de colágeno y elásticas que se irradian hacia el intersticio. Estas fibras dividen segmentos, invierten vías aéreas y vasos, y soportan paredes alveolares con una red fibrosa elástica y delicada. El soporte elástico multidireccional provisto por esta red permite que los pulmones, desde los alvéolos hasta las vías aéreas conductoras, se apoyen a sí mismos y mantengan la permeabilidad de la vía aérea a pesar de los grandes cambios en el volumen. El surfactante es un material complejo producido por células alveolares tipo II; está compuesto por múltiples fosfolípidos y proteínas específicas asociadas. La función fisiológica de un subconjunto de lipoproteínas surfactantes es mejorar la estabilidad anatómica de los alvéolos. La presencia de surfactante que cubre la superficie epitelial alveolar reduce la tensión superficial, permitiendo la expansión de los alvéolos con una presión de distensión transpulmonar de menos de 5 cm H2O. En ausencia de esta capa de superficie activa, el aumento de la tensión superficial asociada con una reducción del volumen alveolar durante la espiración daría lugar al colapso de los alvéolos. La presión de distensión necesaria para volver a expandir estos alvéolos colapsados sería mayor de lo que podría producir un esfuerzo de ventilación normal. Anatomía epitelial y de la vía aérea Una nueva división anatómica de los pulmones se basa principalmente en la separación del árbol traqueobronquial en vías aéreas conductoras, que permiten el movimiento del aire desde el entorno externo hacia las áreas de intercambio de gases, y unidades respiratorias terminales, o alveolos, las vías aéreas y las estructuras alveolares asociadas que participan de manera directa en el intercambio de gases (figura 9–1). Las vías aéreas conductoras proximales están recubiertas con células epiteliales columnares pseudoestratificadas ciliadas, están apoyadas por un esqueleto cartilaginoso en sus paredes, y contienen glándulas secretoras en la pared epitelial. El epitelio ciliado tiene una orientación uniforme de los cilios, los cuales laten al unísono hacia la faringe. Esta acción ciliar, junto con la capa de moco producida por las glándulas secretoras de moco de la submucosa, proporciona un mecanismo para el transporte continuo de material contaminante, o en exceso, hacia fuera de los pulmones. El músculo liso circunferencial de las vías1:22 aéreas también presente, pero, al igual que con las glándulas secretoras, se reduce y luego se pierde, a medida que las Downloaded 2024311 P Your IP isestá 187.188.71.150 Capítulo 9: se Enfermedades Thomas H. Sisson; Claar; Mark Chesnutt; Thomas J. Prendergast vías aéreas ramifican máspulmonares, hacia el pulmón y disminuyen enDru calibre. Las vías S. aéreas conductoras más pequeñas son los bronquiolos noPage 2 / 67 ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility respiratorios. Estos se caracterizan por una pérdida de músculo liso y cartílago, pero por una retención de un epitelio cúbico que puede ser ciliado y no es un sitio de intercambio de gases. Los lóbulos del pulmón se dividen en lóbulos menos perceptibles, definidos como colecciones de unidades respiratorias terminales limitadas de manera incompleta por tabiques de tejido conectivo. Las unidades respiratorias terminales son la unidad alveolos, las vías aéreas y las estructuras alveolares asociadas que participan de manera directa en el intercambio de gases (figura 9–1). Las vías Universidad del Valle de México UVM aéreas conductoras proximales están recubiertas con células epiteliales columnares pseudoestratificadas ciliadas, están apoyadas por un esqueleto Access Provided by: cartilaginoso en sus paredes, y contienen glándulas secretoras en la pared epitelial. El epitelio ciliado tiene una orientación uniforme de los cilios, los cuales laten al unísono hacia la faringe. Esta acción ciliar, junto con la capa de moco producida por las glándulas secretoras de moco de la submucosa, proporciona un mecanismo para el transporte continuo de material contaminante, o en exceso, hacia fuera de los pulmones. El músculo liso circunferencial de las vías aéreas también está presente, pero, al igual que con las glándulas secretoras, se reduce y luego se pierde, a medida que las vías aéreas se ramifican más hacia el pulmón y disminuyen en calibre. Las vías aéreas conductoras más pequeñas son los bronquiolos no respiratorios. Estos se caracterizan por una pérdida de músculo liso y cartílago, pero por una retención de un epitelio cúbico que puede ser ciliado y no es un sitio de intercambio de gases. Los lóbulos del pulmón se dividen en lóbulos menos perceptibles, definidos como colecciones de unidades respiratorias terminales limitadas de manera incompleta por tabiques de tejido conectivo. Las unidades respiratorias terminales son la unidad fisiológica y anatómica final del pulmón, con paredes de células epiteliales alveolares delgadas que proporcionan el intercambio de gases con la red alveolarcapilar. FIGURA 9–1 Subdivisión de las vías aéreas, y las unidades respiratorias terminales. Esta ilustración esquemática muestra las subdivisiones tanto de las vías aéreas conductoras como de las vías aéreas. La ramificación sucesiva produce crecientes generaciones de vías aéreas, comenzando con la tráquea. Tenga en cuenta que los segmentos de intercambio de gas del pulmón se encuentran sólo después de una ramificación extensa, con una disminución concomitante en el calibre de las vías respiratorias y un aumento en el área de la sección transversal total (véanse figuras 9–2 y 9–3). (Reproducida con permiso de Weibel ER. Morphometry of the Human Lung. Academic Press; 2013.) El principal sitio de resistencia al flujo de aire en los pulmones está en los bronquios de tamaño mediano (figura 9–2). Esto parece ser contrario a la lógica, porque se esperaría que las vías aéreas de menor calibre fuesen el principal sitio de resistencia, pero la ramificación repetitiva de las vías aéreas pequeñas conduce a un aumento profundo en el área de la sección transversal que no contribuye significativamente a la resistencia de las vías aéreas en individuos sanos (figura 9–3). En condiciones patológicas como el asma, en las que los bronquios y los bronquiolos más pequeños se reducen, la resistencia de las vías aéreas puede aumentar de modo considerable. FIGURA 9–2 Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Ubicación9:del sitio principalpulmonares, de resistencia al flujo H. de Sisson; aire. LasDru víasClaar; aéreasMark de segunda a quinta generación incluyen los bronquios segmentarios Page y3los / 67 Capítulo Enfermedades Thomas S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw All Rights Reserved. Terms of Use al Privacy Notice Accessibility bronquiolos másHill. grandes. Presentan la mayor resistencia flujo de Policy aire en individuos normales. Las vías aéreas más pequeñas contribuyen relativamente poco, a pesar de su menor calibre, debido a la enorme cantidad de ellas dispuestas en paralelo. Compárese con la figura 9–3. aéreas pequeñas conduce a un aumento profundo en el área de la sección transversal que no contribuye significativamente a la resistencia de las vías Universidad del Valle de México UVM aéreas en individuos sanos (figura 9–3). En condiciones patológicas como el asma, en las que los bronquios y los bronquiolos más pequeños se reducen, la resistencia de las vías aéreas puede aumentar de modo considerable. Access Provided by: FIGURA 9–2 Ubicación del sitio principal de resistencia al flujo de aire. Las vías aéreas de segunda a quinta generación incluyen los bronquios segmentarios y los bronquiolos más grandes. Presentan la mayor resistencia al flujo de aire en individuos normales. Las vías aéreas más pequeñas contribuyen relativamente poco, a pesar de su menor calibre, debido a la enorme cantidad de ellas dispuestas en paralelo. Compárese con la figura 9–3. (Adaptada, con permiso de Elsevier, tomado de Pedley TJ, et al. The prediction of pressure drop and variation of resistance within the human bronchial airways. Respir Physiol 1970;9(3):387.) FIGURA 9–3 Generación de la vía aérea y área transversal total de la vía aérea. Observe el aumento extremadamente rápido en el área de la sección transversal total en la zona respiratoria (compárese con figura 9–1) y la caída de la resistencia como consecuencia del aumento en el área de la sección transversal (compárese con figura 9–2). Como resultado, la velocidad de avance del gas durante la inspiración se vuelve muy baja a nivel de los bronquiolos respiratorios, y la difusión de gas se convierte en el principal modo de ventilación. Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 4 / 67 Generación de la vía aérea y área transversal total de la vía aérea. Observe el aumento extremadamente rápido en el área de la sección transversal total Universidad del Valle de México UVM en la zona respiratoria (compárese con figura 9–1) y la caída de la resistencia como consecuencia del aumento en el área de la sección transversal Access Provided by: (compárese con figura 9–2). Como resultado, la velocidad de avance del gas durante la inspiración se vuelve muy baja a nivel de los bronquiolos respiratorios, y la difusión de gas se convierte en el principal modo de ventilación. (Reproducida con permiso de West JB, et al. West’s Respiratory Physiology: The Essentials. 10th ed. Lippincott Williams & Wilkins; 2015.) Las arterias pulmonares se encuentran en estrecha asociación con el árbol bronquial ramificado en los pulmones (figura 9–4). Tanto el flujo sanguíneo arterial como el flujo de aire bronquial se regulan activamente mediante el cambio de calibre de los vasos o de las vías aéreas. La relación anatómica entre las arterias y los bronquios proporciona un entorno ideal para la adaptación continua de la ventilación y la perfusión en diferentes segmentos pulmonares. FIGURA 9–4 Anatomía vascular, linfática y de las vías aéreas de los pulmones. Este diagrama esquemático demuestra las relaciones anatómicas generales de las vías aéreas y las unidades respiratorias terminales con los sistemas vascular y linfático del pulmón. Los puntos importantes son los siguientes: 1) El sistema arterial pulmonar corre adyacente al árbol bronquial, mientras que el drenaje venoso pulmonar se encuentra alejado de las vías aéreas; 2) el suministro de sangre a la pared bronquial es proporcionado por las arterias bronquiales, ramas de origen arterial sistémico; 3) los linfáticos se encuentran adyacentes a los sistemas arterial y venoso y son muy abundantes en el pulmón; y 4) los linfáticos se encuentran tan alejados distalmente como los bronquiolos respiratorios terminales, pero no penetran en la pared alveolar. (A, alvéolo; AD [alveolar duct], conducto alveolar; RB [respiratory bronchiole], bronquiolo respiratorio; TB [terminal bronchiole], bronquiolo terminal). Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 5 / 67 suministro de sangre a la pared bronquial es proporcionado por las arterias bronquiales, ramas de origen arterial sistémico; 3) los linfáticos se Universidad del Valle de México UVM encuentran adyacentes a los sistemas arterial y venoso y son muy abundantes en el pulmón; y 4) los linfáticos se encuentran tan alejados distalmente Access Provided by: como los bronquiolos respiratorios terminales, pero no penetran en la pared alveolar. (A, alvéolo; AD [alveolar duct], conducto alveolar; RB [respiratory bronchiole], bronquiolo respiratorio; TB [terminal bronchiole], bronquiolo terminal). (Reproducida con permiso de Staub NC. The physiology of pulmonary edema. Hum Pathol 1970;1:419. Copyright © Elsevier.) Anatomía vascular y linfática El sistema vascular pulmonar incluye dos circuitos distintos que distribuyen la sangre a través de los pulmones: la circulación pulmonar y la circulación bronquial. El ventrículo derecho bombea todo su gasto de sangre venosa mixta a través de las arterias pulmonares hacia los capilares alveolares. Las arterias pulmonares y las arteriolas son vasos revestidos con músculo liso, que se localizan al lado de los bronquios dentro del paquete broncovascular pulmonar. Las arteriolas pulmonares son muy sensibles a la PO2 alveolar, con una prominente respuesta vasoconstrictora ante la hipoxia. La vasoconstricción pulmonar hipóxica permite adaptar la perfusión alveolar a la ventilación (véase más adelante). Las venas pulmonares surgen de los capilares alveolares para formar vasos que atraviesan los septos intralobulares con el fin de devolver la sangre oxigenada a la aurícula izquierda. Las arterias bronquiales que surgen de la aorta y las arterias intercostales suministran sangre oxigenada a presiones sistémicas en casi todas las estructuras intrapulmonares proximales a los bronquiolos terminales, incluido el árbol bronquial, las estructuras hiliares, las arterias y venas pulmonares, el sistema nervioso pulmonar y linfáticos, los septos de tejido conectivo y la pleura visceral. La mayoría de los tumores de pulmón reciben el suministro de sangre de la circulación bronquial. Hay abundantes anastomosis broncopulmonares en los niveles de las arteriolas y los capilares que son silentes mientras se está sano, pero que pueden aumentar en caso de enfermedad para contribuir a la hemoptisis. El drenaje de la circulación bronquial se produce tanto en la aurícula derecha, a través de la vena ácigos, como en la aurícula izquierda, a través de las venas pulmonares. Esto último representa una derivación anatómica de sangre desoxigenada que generalmente representa menos de 5% del gasto cardiaco. Los linfáticos pulmonares surgen en los espacios del tejido conectivo debajo de la pleura visceral y en los plexos profundos en la unión de los bronquiolos terminales y los alvéolos. Los linfáticos no entran en el espacio periintersticial alveolar (véase figura 9–4). Como resultado, el líquido en el intersticio alveolar debe moverse hacia la región de los bronquiolos terminales para acceder al drenaje de los linfáticos. Los conductos linfáticos viajan principalmente en la vaina peribroncovascular hacia los ganglios linfáticos hiliares y mediastínicos, antes de ingresar al conducto torácico izquierdo o al conducto linfático derecho. El drenaje linfático del espacio pleural se produce a través de plexos que revisten la pleura parietal costal, diafragmática y mediastínica, que están anatómicamente separadas de los linfáticos pulmonares. Sistema nervioso pulmonar Los pulmones están ricamente inervados con fibras neurales de los sistemas parasimpático (vagal), simpático y de los llamados sistemas no adrenérgicos, no colinérgicos (NANC, nonadrenergic, noncholinergic). Las fibras eferentes incluyen: 1) fibras parasimpáticas, con agentes colinérgicos muscarínicos que median la broncoconstricción, la vasodilatación pulmonar y la secreción de la glándula mucosa; 2) fibras simpáticas, cuya Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 estimulación produce relajación del músculo liso bronquial, vasoconstricción pulmonar e inhibición de la actividad de las glándulas secretoras; y 3) el Page 6 / 67 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast sistema NANC, con múltiples transmisores implicados, incluidos el trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate ), el óxido nítrico (NO, nitric ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility oxide) y neurotransmisores peptídicos como la sustancia P y el péptido intestinal vasoactivo (VIP, vasoactive intestinal peptide). El sistema NANC participa en eventos inhibitorios, incluida la broncodilatación, y puede funcionar como equilibrio recíproco predominante del sistema colinérgico Sistema nervioso pulmonar Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Los pulmones están ricamente inervados con fibras neurales de los sistemas parasimpático (vagal), simpático y de los llamados sistemas no adrenérgicos, no colinérgicos (NANC, nonadrenergic, noncholinergic). Las fibras eferentes incluyen: 1) fibras parasimpáticas, con agentes colinérgicos muscarínicos que median la broncoconstricción, la vasodilatación pulmonar y la secreción de la glándula mucosa; 2) fibras simpáticas, cuya estimulación produce relajación del músculo liso bronquial, vasoconstricción pulmonar e inhibición de la actividad de las glándulas secretoras; y 3) el sistema NANC, con múltiples transmisores implicados, incluidos el trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate), el óxido nítrico (NO, nitric oxide) y neurotransmisores peptídicos como la sustancia P y el péptido intestinal vasoactivo (VIP, vasoactive intestinal peptide). El sistema NANC participa en eventos inhibitorios, incluida la broncodilatación, y puede funcionar como equilibrio recíproco predominante del sistema colinérgico excitatorio. Los aferentes pulmonares consisten principalmente en fibras sensoriales vagales. Estas incluyen: 1. Fibras de los receptores de estiramiento broncopulmonares, localizados en la tráquea y los bronquios proximales. La estimulación de estas fibras por el inflado pulmonar produce una broncodilatación y un aumento de la frecuencia cardiaca. 2. Fibras de receptores irritantes, que también se encuentran en las vías aéreas proximales. La estimulación de estas fibras por diversos estímulos no específicos provoca respuestas diferentes que incluyen tos, broncoconstricción y secreción de moco. 3. Fibras C, o fibras de los receptores yuxtacapilares (J, juxtacapillary), que son fibras no mielinizadas que terminan en parénquima pulmonar y paredes bronquiales, y responden a estímulos mecánicos y químicos. Las respuestas reflejas asociadas con la estimulación de la fibra C incluyen un rápido patrón de respiración superficial, secreción de moco, tos y ritmo cardiaco que se ralentiza con la inspiración. VOLUMEN Y CAPACIDADES DE LOS PULMONES, Y ESPIROGRAMA NORMAL El volumen de gas en los pulmones se divide en volúmenes y capacidades, como lo muestran las barras a la izquierda de la figura. Los volúmenes pulmonares son primarios: no se superponen entre sí. El volumen tidal (V T, tidal volume) es la cantidad de gas inhalado y exhalado con cada respiración de reposo. Un volumen tidal normal en una persona de 70 kg es aproximadamente de 350 a 400 mL. El volumen residual (RV, residual volume) es la cantidad de gas que permanece en los pulmones al final de una exhalación máxima. Las capacidades pulmonares están compuestas por dos o más volúmenes pulmonares. La capacidad vital (V C, vital capacity) es la cantidad total de gas que se puede exhalar después de una inhalación máxima. La capacidad vital y el volumen residual juntos constituyen la capacidad pulmonar total (T L C, total lung capacity), o la cantidad total de gas en los pulmones al final de una inhalación máxima. La capacidad residual funcional (FRC, functional residual capacity) es la cantidad de gas en los pulmones al final de una respiración tidal en reposo. (ERV [expiratory reserve volume], volumen de reserva espiratoria; I C [inspiratory capacity], capacidad inspiratoria; IRV [inspiratory reserve volume], volumen de reserva inspiratoria.) El espirograma en la parte derecha de la figura se dibuja en tiempo real. La primera respiración tidal que se muestra toma 5 segundos, lo que indica una frecuencia respiratoria de 12 respiraciones/min. La maniobra de capacidad vital forzada (FVC, forced vital capacity) comienza con una inhalación de FRC a TLC (que dura aproximadamente 1 segundo), seguida de una exhalación vigorosa de TLC a RV (que dura alrededor de 5 segundos). La cantidad de gas exhalado durante el primer segundo de esta maniobra es el volumen espiratorio forzado en 1 segundo (FEV1, forced expiratory volume in 1 second). Los sujetos normales expulsan cerca de 80% de la FVC en el primer segundo. La proporción de FEV1 a FVC (denominada como FEV1/FVC o FEV1%) disminuye en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva y aumenta en pacientes con enfermedad pulmonar restrictiva. (Reproducido con permiso de Staub NC. Basic Respiratory Physiology. Churchill Livingstone; 1991. Copyright © Elsevier.) Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Estructura inmune y función Page 7 / 67 De todos los órganos del cuerpo, los pulmones tienen una exposición única a las agresiones ambientales. La ventilación sin esfuerzo en un adulto específicos provoca respuestas diferentes que incluyen tos, broncoconstricción y secreción de moco. Universidad del Valle de México UVM 3. Fibras C, o fibras de los receptores yuxtacapilares (J, juxtacapillary), que son fibras no mielinizadas que terminan en parénquima pulmonar y Access Provided by: paredes bronquiales, y responden a estímulos mecánicos y químicos. Las respuestas reflejas asociadas con la estimulación de la fibra C incluyen un rápido patrón de respiración superficial, secreción de moco, tos y ritmo cardiaco que se ralentiza con la inspiración. VOLUMEN Y CAPACIDADES DE LOS PULMONES, Y ESPIROGRAMA NORMAL El volumen de gas en los pulmones se divide en volúmenes y capacidades, como lo muestran las barras a la izquierda de la figura. Los volúmenes pulmonares son primarios: no se superponen entre sí. El volumen tidal (V T, tidal volume) es la cantidad de gas inhalado y exhalado con cada respiración de reposo. Un volumen tidal normal en una persona de 70 kg es aproximadamente de 350 a 400 mL. El volumen residual (RV, residual volume) es la cantidad de gas que permanece en los pulmones al final de una exhalación máxima. Las capacidades pulmonares están compuestas por dos o más volúmenes pulmonares. La capacidad vital (V C, vital capacity) es la cantidad total de gas que se puede exhalar después de una inhalación máxima. La capacidad vital y el volumen residual juntos constituyen la capacidad pulmonar total (T L C, total lung capacity), o la cantidad total de gas en los pulmones al final de una inhalación máxima. La capacidad residual funcional (FRC, functional residual capacity) es la cantidad de gas en los pulmones al final de una respiración tidal en reposo. (ERV [expiratory reserve volume], volumen de reserva espiratoria; I C [inspiratory capacity], capacidad inspiratoria; IRV [inspiratory reserve volume], volumen de reserva inspiratoria.) El espirograma en la parte derecha de la figura se dibuja en tiempo real. La primera respiración tidal que se muestra toma 5 segundos, lo que indica una frecuencia respiratoria de 12 respiraciones/min. La maniobra de capacidad vital forzada (FVC, forced vital capacity) comienza con una inhalación de FRC a TLC (que dura aproximadamente 1 segundo), seguida de una exhalación vigorosa de TLC a RV (que dura alrededor de 5 segundos). La cantidad de gas exhalado durante el primer segundo de esta maniobra es el volumen espiratorio forzado en 1 segundo (FEV1, forced expiratory volume in 1 second). Los sujetos normales expulsan cerca de 80% de la FVC en el primer segundo. La proporción de FEV1 a FVC (denominada como FEV1/FVC o FEV1%) disminuye en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva y aumenta en pacientes con enfermedad pulmonar restrictiva. (Reproducido con permiso de Staub NC. Basic Respiratory Physiology. Churchill Livingstone; 1991. Copyright © Elsevier.) Estructura inmune y función De todos los órganos del cuerpo, los pulmones tienen una exposición única a las agresiones ambientales. La ventilación sin esfuerzo en un adulto totaliza aproximadamente 7 500 L de aire por día, una cantidad que aumenta de manera sustancial ante algún tipo de actividad. Esta exposición a un entorno abierto y no estéril impone un riesgo continuo de agresiones tóxicas, infecciosas e inflamatorias. Además, la circulación pulmonar contiene el único lecho capilar a través del cual todo el volumen de sangre circulante debe fluir en cada ciclo cardiaco. Como consecuencia, el pulmón es un tamiz vascular obligatorio y funciona como un sitio principal de defensa contra la propagación hematógena de infecciones y otras influencias nocivas. Proteger los pulmones de lesiones ambientales e infecciosas implica un conjunto de respuestas complejas capaces de proporcionar una defensa oportuna y exitosa contra los ataques a través de la vía aérea o el lecho vascular. Como se describe en el cuadro 9–2, es conveniente para los propósitos de este análisis separar estas respuestas en dos categorías principales —protecciones físicas y químicas no específicas, y acciones y estructuras inmunes específicas—, las cuales funcionan para prevenir lesiones o invasiones microbianas en la extensísima área epitelial y vascular de los pulmones. CUADRO 9–2 Defensas pulmonares Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 I. Defensas inespecíficas Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility 1. Eliminación Page 8 / 67 estructuras inmunes específicas—, las cuales funcionan para prevenir lesiones o invasiones microbianas en la extensísima área epitelial y vascular de los pulmones. CUADRO 9–2 Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Defensas pulmonares I. Defensas inespecíficas 1. Eliminación a) Tos b) Escalera mucociliar 2. Secreciones a) Traqueobronquial (moco) b) Alveolar (surfactante) c) Componentes celulares (incluyendo lisozima, complemento, proteínas surfactantes, defensinas) 3. Defensas celulares a) No fagocíticas Epitelio de las vías respiratorias conductoras Epitelio respiratorio terminal b) Fagocíticas Fagocitos sanguíneos (monocitos) Fagocitos tisulares (macrófagos alveolares) 4. Defensas bioquímicas a) Inhibidores de la proteinasa (inhibidor de la proteasa α1, inhibidor de la leucoproteasa secretora) b) Antioxidantes (p. ej., transferrina, lactoferrina, glutatión, albúmina) II. Defensas inmunológicas específicas 1. Mediadas por anticuerpos (respuestas inmunológicas dependientes de linfocitos B) a) Inmunoglobulina secretora (IgA) b) Inmunoglobulinas séricas 2. Presentación de antígenos a linfocitos a) Macrófagos y monocitos b) Células dendríticas c) Células epiteliales 3. Respuestas inmunológicas mediadas por células (dependientes de linfocitos T) Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All a) Mediadas porRights citocinaReserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility b) Citotoxicidad celular directa Page 9 / 67 a) Macrófagos y monocitos Universidad del Valle de México UVM b) Células dendríticas Access Provided by: c) Células epiteliales 3. Respuestas inmunológicas mediadas por células (dependientes de linfocitos T) a) Mediadas por citocina b) Citotoxicidad celular directa 4. Respuestas inmunes celulares no linfocíticas a) Dependientes de mastocitos b) Dependientes de eosinófilos PREGUNTAS DE CONTROL 3. ¿Cuáles son las funciones del tejido conjuntivo y de los sistemas surfactantes en la función pulmonar? 4. ¿Cuál es el papel de la acción ciliar del epitelio respiratorio? 5. ¿Por qué los bronquios de tamaño mediano, en lugar de las vías aéreas pequeñas, son el principal sitio de resistencia al flujo de aire en los pulmones? 6. ¿Cuáles son las funciones fisiológicas de los sistemas neurales eferentes parasimpático, simpático y NANC del pulmón? 7. ¿Cuáles son las categorías de receptores sensoriales vagales aferentes? 8. ¿Cuáles son los diferentes roles de las arterias pulmonares y bronquiales? 9. ¿Qué mecanismo sensible tienen las arterias pulmonares para emparejar la perfusión alveolar con la ventilación? 10. ¿Cuáles son los componentes del sistema de defensa no específico de los pulmones? 11. ¿Cuáles son los componentes humorales y celulares del sistema de defensa inmune específico de los pulmones? FISIOLOGÍA En reposo, los pulmones toman 4 L/min de aire y 5 L/min de sangre, dirigen 0.2 μm de cada uno dentro del otro y luego los regresan a sus respectivos grupos. Ante un ejercicio de máxima intensidad, el flujo puede aumentar a 100 L/min de ventilación y 25 L/min de gasto cardiaco. De este modo, los pulmones cumplen su función fisiológica primaria de hacer que el oxígeno esté disponible en los tejidos para el metabolismo, y eliminar el principal subproducto de ese metabolismo: el dióxido de carbono. Los pulmones realizan esta tarea en gran parte sin control consciente, mientras mantienen la PaCO2 dentro de una tolerancia de 5%. Esto representa una hazaña magnífica de “plomería” evolutiva y control neuroquímico. Propiedades estáticas: compliancia y retroceso elástico El pulmón mantiene su extremadamente delgado parénquima sobre una superficie enorme mediante una intrincada arquitectura de soporte de fibras de colágeno y elastina. Tanto anatómica como fisiológica y funcionalmente, el pulmón es un órgano elástico. Los pulmones se inflan y desinflan en respuesta a los cambios en el volumen de la caja torácica semirrígida en la que están suspendidos. Una analogía es la inflación de los fuelles de un herrero al separar los mangos: aumenta el volumen de los fuelles, reduce la presión y provoca la entrada de aire. El aire ingresa a los pulmones cuando la presión en el espacio pleural se reduce por la expansión de la pared torácica. El volumen de aire que ingresa a los pulmones depende del cambio en la presión pleural y la compliancia del sistema respiratorio. La compliancia es una propiedad elástica intrínseca que relaciona un cambio en el volumen con un cambio en la presión. La compliancia tanto de la pared torácica como de los pulmones Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 contribuye a la compliancia del sistema respiratorio (figura 9–5). La compliancia de la pared torácica no cambia de manera significativa con el volumen Page 10 / 67 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast torácico, al menos dentro del rango fisiológico. La compliancia de los pulmones varía inversamente con el volumen pulmonar. En la capacidad ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility residual funcional (FRC), los pulmones son muy distensibles, alrededor de 200 mL/cm H2O. Por tanto, una reducción de sólo 5 cm de presión de H2O en el espacio pleural tomará una respiración de 1 L. del Valle deUna México UVM Los pulmones se inflan y desinflan en respuesta a los cambios en el volumen de la caja torácica semirrígida en laUniversidad que están suspendidos. analogía Access Provided by: es la inflación de los fuelles de un herrero al separar los mangos: aumenta el volumen de los fuelles, reduce la presión y provoca la entrada de aire. El aire ingresa a los pulmones cuando la presión en el espacio pleural se reduce por la expansión de la pared torácica. El volumen de aire que ingresa a los pulmones depende del cambio en la presión pleural y la compliancia del sistema respiratorio. La compliancia es una propiedad elástica intrínseca que relaciona un cambio en el volumen con un cambio en la presión. La compliancia tanto de la pared torácica como de los pulmones contribuye a la compliancia del sistema respiratorio (figura 9–5). La compliancia de la pared torácica no cambia de manera significativa con el volumen torácico, al menos dentro del rango fisiológico. La compliancia de los pulmones varía inversamente con el volumen pulmonar. En la capacidad residual funcional (FRC), los pulmones son muy distensibles, alrededor de 200 mL/cm H2O. Por tanto, una reducción de sólo 5 cm de presión de H2O en el espacio pleural tomará una respiración de 1 L. FIGURA 9–5 Interacción de las propiedades de presiónvolumen de los pulmones y la pared torácica. El volumen pulmonar en reposo (FRC) representa el punto de equilibrio en el que el retroceso elástico del pulmón (tendencia a colapsarse hacia adentro) y de la pared torácica (tendencia a saltar hacia afuera) están exactamente equilibrados. Otros volúmenes del pulmón también se pueden definir por referencia a este diagrama. La capacidad pulmonar total (TLC) es el punto en el cual los músculos inspiratorios no pueden generar suficiente fuerza para superar el retroceso elástico de los pulmones y la pared torácica. El volumen residual (RV) es el punto en el que los músculos espiratorios no pueden generar suficiente fuerza para superar el retroceso elástico de la pared torácica. La compliancia se calcula tomando la pendiente de estas relaciones presiónvolumen a un volumen específico. Tenga en cuenta que la compliancia de los pulmones es mayor en volúmenes pulmonares bajos, pero cae considerablemente por encima de los dos tercios de la capacidad vital. (Modificada con permiso de Staub NC. Basic Respiratory Physiology. Churchill Livingstone; 1991. Copyright © Elsevier.) La tendencia de un cuerpo deformable a regresar a su forma inicial es su retroceso elástico. El retroceso elástico de la pared torácica está determinado por la forma y la estructura de la caja torácica. El retroceso elástico del pulmón está determinado por dos factores: la elasticidad del tejido y las fuerzas necesarias para cambiar la forma de la interfaz alveolar airelíquido (figura 9–6). La expansión de los pulmones requiere superar las fuerzas de la superficie local que son directamente proporcionales a la tensión superficial alveolar. La tensión superficial es una propiedad física que refleja la mayor atracción entre las moléculas de un líquido que entre las moléculas de ese líquido y el gas adyacente. En la interfaz airelíquido del pulmón, las moléculas de agua se atraen entre sí con más fuerza que con el aire de arriba. Esto crea una fuerza neta que mantiene juntas las moléculas de agua en el plano de la interfaz. Si la interfaz se extiende sobre una superficie curva, esa fuerza actúa para colapsar la curva. La ley de Laplace cuantifica esta fuerza: la presión necesaria para mantener la curva abierta (en este caso, representada por una esfera) es directamente proporcional a la tensión superficial en la interfaz e inversamente proporcional al radio de la esfera (figura 9–7). FIGURA 9–6 El efecto de las fuerzas de la superficie sobre la compliancia pulmonar: un experimento sencillo que demuestra el efecto de la tensión superficial en la interfaz airelíquido en pulmones extirpados de gato. Cuando se inflan con solución salina, no hay fuerzas superficiales que superar, los pulmones son más distensibles y no muestran diferencias (histéresis) entre las curvas de inflación y de deflación. Cuando se infla con aire, la presión requerida para distender el pulmón es mayor en cada volumen. La diferencia entre las dos curvas representa la contribución de las fuerzas superficiales. También hay una pronunciada histéresis en los pulmones inflados con aire que refleja el surfactante reclutado en el líquido alveolar durante el inflado Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 (flecha hacia arriba), dondepulmonares, reduce aún más las fuerzas de la superficie deflaciónThomas (flecha hacia abajo). Page 11 / 67 Capítulo 9: Enfermedades Thomas H. Sisson; Dru Claar;durante Mark S.laChesnutt; J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Universidad Valle superficial de Méxicoen UVM El efecto de las fuerzas de la superficie sobre la compliancia pulmonar: un experimento sencillo que demuestra el efecto de ladel tensión la Access Provided interfaz airelíquido en pulmones extirpados de gato. Cuando se inflan con solución salina, no hay fuerzas superficiales queby:superar, los pulmones son más distensibles y no muestran diferencias (histéresis) entre las curvas de inflación y de deflación. Cuando se infla con aire, la presión requerida para distender el pulmón es mayor en cada volumen. La diferencia entre las dos curvas representa la contribución de las fuerzas superficiales. También hay una pronunciada histéresis en los pulmones inflados con aire que refleja el surfactante reclutado en el líquido alveolar durante el inflado (flecha hacia arriba), donde reduce aún más las fuerzas de la superficie durante la deflación (flecha hacia abajo). (Reproducida con permiso de Clements JA, Tierney DF. Alveolar instability associated with altered surface tension. In: Handbook of Physiology, Respiration. Sect. 3, Vol. II, Chapter 69. Washington, DC: American Physiological Society; 1965:1565–84.) FIGURA 9–7 Importancia de la tensión superficial. Si dos alvéolos conectados tienen la misma tensión superficial, entonces cuanto menor sea el radio, mayor será la presión que tiende a colapsar la esfera. Esto podría causar inestabilidad alveolar, con unidades más pequeñas vaciándose en unidades más grandes. Sin embargo, normalmente los alvéolos no tienen la misma tensión superficial, porque las fuerzas superficiales varían según el área de la superficie, como resultado de la presencia de surfactante: la concentración relativa de surfactante en la capa superficial de la esfera aumenta a medida que el radio de la esfera disminuye, incrementando el efecto del surfactante a bajos volúmenes pulmonares. Esto tiende a contrarrestar el aumento de la presión necesaria para mantener los alvéolos abiertos a un volumen pulmonar disminuido y agrega estabilidad a los alvéolos, que de otro modo podrían tender a colapsarse entre sí. De este modo, el surfactante protege contra el colapso regional de las unidades pulmonares, una condición conocida como atelectasia, además de cumplir con sus otras funciones. (r, radio del alvéolo; P, presión del gas; T, tensión superficial.) Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 12 / 67 que el radio de la esfera disminuye, incrementando el efecto del surfactante a bajos volúmenes pulmonares. Esto tiende a contrarrestar el aumento de Universidad del Valle de México UVM la presión necesaria para mantener los alvéolos abiertos a un volumen pulmonar disminuido y agrega estabilidad a los alvéolos, que de otro modo Access Provided by: podrían tender a colapsarse entre sí. De este modo, el surfactante protege contra el colapso regional de las unidades pulmonares, una condición conocida como atelectasia, además de cumplir con sus otras funciones. (r, radio del alvéolo; P, presión del gas; T, tensión superficial.) El surfactante es una mezcla de fosfolípidos (predominantemente dipalmitoilfosfatidilcolina [DPPC, dipalmitoylphosphatidylcholine]) y proteínas surfactantes específicas. Estas moléculas hidrofóbicas desplazan las moléculas de agua de la interfaz airelíquido, lo que reduce la tensión superficial. Esta reducción tiene tres implicaciones fisiológicas. Primero, reduce la presión de retroceso elástico de los pulmones, lo que reduce a su vez la presión necesaria para inflarlos. Esto se traduce en una reducción del trabajo de la respiración. En segundo lugar, permite que las fuerzas de la superficie varíen con el área de la superficie alveolar, lo que promueve la estabilidad alveolar y protege contra el colapso y la atelectasia (véase figura 9–7). En tercer lugar, limita la reducción de la presión hidrostática en el intersticio pericapilar causado por la tensión superficial. Esto reduce las fuerzas que promueven la transudación de líquidos y la tendencia a acumular edema intersticial. La reducción del retroceso elástico del pulmón puede provocar estados patológicos como el aumento de la compliancia (enfisema), aumento del tejido conectivo intersticial que acarrea una disminución de la compliancia (fibrosis pulmonar), o un trastorno del surfactante con un aumento en las fuerzas de la superficie (síndrome de dificultad respiratoria infantil [IRDS, infant respiratory distress syndrome]) (figura 9–8). FIGURA 9–8 Curvas estáticas de presiónvolumen espiratorios en sujetos normales y en pacientes con enfisema y fibrosis pulmonar. La anomalía fisiológica subyacente en el enfisema es un aumento muy significativo de la compliancia pulmonar. Tales pacientes tienden a respirar a volúmenes pulmonares muy altos. Los pacientes con fibrosis pulmonar tienen pulmones muy deficientes y respiran a volúmenes pulmonares bajos. Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 13 / 67 FIGURA 9–8 Universidad del Valle de México UVM Curvas estáticas de presiónvolumen espiratorios en sujetos normales y en pacientes con enfisema y fibrosis pulmonar. La anomalía fisiológica Access Provided by: subyacente en el enfisema es un aumento muy significativo de la compliancia pulmonar. Tales pacientes tienden a respirar a volúmenes pulmonares muy altos. Los pacientes con fibrosis pulmonar tienen pulmones muy deficientes y respiran a volúmenes pulmonares bajos. (Reproducida con permiso de Pride NB, et al. Lung mechanics in disease. En: Fishman AP (ed.). Vol III, Part 2, of Handbook of Physiology. Section 3. Respiratory. American Physiological Society; 1986.) Propiedades dinámicas: flujo y resistencia La inflación de los pulmones debe superar tres fuerzas opuestas: retroceso elástico, incluidas las fuerzas de superficie; inercia del sistema respiratorio y resistencia al flujo de aire. Como la inercia es despreciable, el trabajo de la respiración se puede dividir en trabajo para superar las fuerzas elásticas y trabajo para superar la resistencia al flujo. El aumento de las fuerzas elásticas predomina en dos trastornos comunes: la fibrosis parenquimatosa difusa y la obesidad. La reducción en la compliancia pulmonar ante enfermedad pulmonar fibrótica, y la reducción de la compliancia de la pared torácica y el sistema respiratorio ante la obesidad, aumentan el trabajo respiratorio. Los sujetos obesos también experimentan una mayor resistencia al flujo de aire, en gran parte, aunque no del todo, debido a su tendencia a respirar a volúmenes pulmonares más bajos. La resistencia al flujo depende de la naturaleza del flujo. En condiciones de flujo laminar o aerodinámico, la resistencia se describe mediante la ecuación de Poiseuille: la resistencia es directamente proporcional a la longitud de la vía aérea y a la viscosidad del gas, e inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio. Una reducción de la mitad del radio de la vía aérea conduce a un aumento de 16 veces en la resistencia de la vía aérea. El calibre de la vía aérea es, por tanto, el principal determinante de la resistencia de la vía aérea en condiciones de flujo laminar. En condiciones de flujo turbulento, la presión de impulsión necesaria para lograr una tasa determinada de flujo es proporcional al cuadrado de la tasa de flujo. El flujo turbulento también depende de la densidad del gas y no de la viscosidad del gas. La mayor parte de la resistencia a la respiración normal se presenta en los bronquios de tamaño mediano y no en los bronquiolos más pequeños (véase figura 9–2). Hay tres razones principales para este hallazgo contradictorio. Primero, el flujo de aire en los pulmones normales no es laminar, sino turbulento, al menos desde la boca hasta las vías aéreas periféricas pequeñas. Por consiguiente, donde el flujo es más alto (en bronquios segmentarios y subsegmentarios), la resistencia depende principalmente de las velocidades del flujo. Segundo, en las vías aéreas periféricas pequeñas, donde el calibre de las vías aéreas es el principal determinante de la resistencia, la ramificación repetitiva crea una gran cantidad de vías aéreas pequeñas organizadas en paralelo. Su resistencia es recíprocamente aditiva, lo que hace que su contribución a la resistencia total de la vía aérea sea menor en condiciones normales. Tercero, existe una transición hacia el flujo laminar que se aproxima a los bronquiolos terminales como consecuencia del aumento del área de la sección transversal y de la disminución de la velocidad del flujo (véase la figura 9–3). En los bronquiolos Downloaded 1:22 Pel Your IP isdel 187.188.71.150 respiratorios y2024311 en los alvéolos, volumen flujo de gas cesa y el movimiento de gas ocurre por difusión. Page 14 / 67 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Rights Reserved. Terms Usefactores. PrivacyMuchos Policy estados Notice de Accessibility La resistencia de Hill. la víaAllaérea está determinada por of varios enfermedad afectan el tono del músculo liso bronquial y causan broncoconstricción, produciendo un estrechamiento anormal de las vías aéreas. Las vías aéreas también pueden reducirse por hipertrofia (bronquitis crónica) o infiltración (sarcoidosis) de la mucosa de las vías aéreas. Fisiológicamente, la tracción radial del intersticio pulmonar soporta las sino turbulento, al menos desde la boca hasta las vías aéreas periféricas pequeñas. Por consiguiente, donde el flujo es más alto (en bronquios del Valle de México UVM segmentarios y subsegmentarios), la resistencia depende principalmente de las velocidades del flujo. Segundo, Universidad en las vías aéreas periféricas Accesscrea Provided by:gran cantidad de vías pequeñas, donde el calibre de las vías aéreas es el principal determinante de la resistencia, la ramificación repetitiva una aéreas pequeñas organizadas en paralelo. Su resistencia es recíprocamente aditiva, lo que hace que su contribución a la resistencia total de la vía aérea sea menor en condiciones normales. Tercero, existe una transición hacia el flujo laminar que se aproxima a los bronquiolos terminales como consecuencia del aumento del área de la sección transversal y de la disminución de la velocidad del flujo (véase la figura 9–3). En los bronquiolos respiratorios y en los alvéolos, el volumen del flujo de gas cesa y el movimiento de gas ocurre por difusión. La resistencia de la vía aérea está determinada por varios factores. Muchos estados de enfermedad afectan el tono del músculo liso bronquial y causan broncoconstricción, produciendo un estrechamiento anormal de las vías aéreas. Las vías aéreas también pueden reducirse por hipertrofia (bronquitis crónica) o infiltración (sarcoidosis) de la mucosa de las vías aéreas. Fisiológicamente, la tracción radial del intersticio pulmonar soporta las vías aéreas e incrementa su calibre a medida que aumenta el volumen pulmonar. Por el contrario, a medida que disminuye el volumen pulmonar, también disminuye el calibre de las vías aéreas y aumenta la resistencia al flujo de aire. Los pacientes con obstrucción del flujo de aire a menudo respiran con grandes aumentos del volumen de los pulmones, porque los volúmenes más altos tienden a incrementar el retroceso elástico de los pulmones, a maximizar el calibre de las vías aéreas y a minimizar la resistencia al flujo. El análisis en términos de flujo laminar y turbulento supone que las vías aéreas son tubos rígidos. En realidad son altamente compresibles. La compresibilidad de las vías aéreas subyace al importante fenómeno del flujo independiente del esfuerzo; las velocidades de flujo de aire durante la expiración pueden aumentarse con esfuerzo sólo hasta cierto punto. Más allá de ese punto, el incremento del esfuerzo no aumenta las velocidades de flujo. La explicación de este fenómeno se basa en el concepto de punto de igual presión. La presión pleural es, por lo general, negativa (subatmosférica) durante la respiración tranquila. La presión peribronquiolar, la presión que rodea las vías aéreas pequeñas y no cartilaginosas, está estrechamente relacionada con la presión pleural. Por tanto, durante la respiración tranquila, los conductos de las vías aéreas están rodeados por una presión negativa que ayuda a mantenerlas abiertas. La presión pleural y peribronquiolar se vuelve positiva durante la espiración forzada, sometiendo a las vías aéreas de conducción distensibles a presión positiva. El punto de igual presión ocurre cuando la presión peribronquiolar circundante es igual o superior a la presión dentro de las vías aéreas, esto causa una compresión dinámica de las vías aéreas, lo que conduce a la inestabilidad y al colapso potencial de dichas vías (figura 9–9). FIGURA 9–9 Concepto de punto de igual presión. Para que el aire fluya a través de un tubo debe haber una diferencia de presión entre los dos extremos. En el caso de la espiración forzada con una glotis abierta, esta presión impulsora es la diferencia entre la presión alveolar (la suma de la presión pleural y la presión de retroceso elástico del pulmón) y la presión atmosférica (se supone que es cero). La resistencia a la fricción provoca una caída en esta presión de conducción a lo largo de la longitud de las vías aéreas conductoras. En algún punto, la presión de conducción puede ser igual a la presión peribronquial circundante; en este caso, la presión transmural neta es cero. Esto define el punto de presión igual. Corriente abajo (hacia la boca) desde el punto de presión igual, la presión fuera de la vía aérea es mayor que la presión de conducción dentro de la vía aérea. Esta presión negativa neta tiende a colapsar la vía aérea, dando como resultado una compresión dinámica. Cuanto más enérgicamente expire uno, más aumenta la presión que rodea las vías aéreas colapsables. El flujo se vuelve independiente del esfuerzo. (Palv, presión alveolar; Patm, presión atmosférica; PL, presión de retroceso elástico pulmonar; Ppl, presión pleural.) Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 15 / 67 desde el punto de presión igual, la presión fuera de la vía aérea es mayor que la presión de conducción dentro de la vía aérea. Esta presión negativa Universidad de México UVM neta tiende a colapsar la vía aérea, dando como resultado una compresión dinámica. Cuanto más enérgicamente expire uno,del másValle aumenta la presión Provided by: que rodea las vías aéreas colapsables. El flujo se vuelve independiente del esfuerzo. (Palv, presión alveolar; PatmAccess , presión atmosférica; PL, presión de retroceso elástico pulmonar; Ppl, presión pleural.) El punto de igual presión no es un sitio anatómico, sino un resultado funcional que ayuda a aclarar diferentes mecanismos de obstrucción del flujo de aire. Debido a que la presión de impulsión del flujo de aire espiratorio es, fundamentalmente, la presión de retroceso elástico del pulmón, una pérdida de la elasticidad del pulmón que reduce la presión de retroceso sin cambiar la presión pleural o peribronquiolar conducirá a una compresión dinámica a volúmenes pulmonares más altos. El atrapamiento de aire resultante contribuye a la disnea sintomática en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva. Los pacientes con enfisema pierden el retroceso elástico del pulmón y pueden tener un flujo espiratorio severamente dañado, incluso, con vías aéreas de calibre normal. La presencia de enfermedades de las vías aéreas aumentará la caída de la presión de conducción a lo largo de las vías aéreas y puede generar un punto de igual presión en volúmenes pulmonares aún más altos. Por el contrario, un aumento en la presión de retroceso se opondrá a la compresión dinámica. Los pacientes con fibrosis pulmonar pueden tener velocidades de flujo anormalmente altas, a pesar de la reducción severa de los volúmenes pulmonares. Trabajo respiratorio Se puede lograr una ventilación minuto constante a través de múltiples combinaciones de frecuencia respiratoria y volumen tidal. Los dos componentes del trabajo respiratorio —las fuerzas elásticas y la resistencia al flujo de aire— se ven afectados de manera opuesta por los cambios en la frecuencia y la profundidad de la respiración. La resistencia elástica se minimiza con frecuentes respiraciones superficiales; las fuerzas de resistencia se minimizan con menos respiraciones de mayor volumen tidal. La figura 9–10 muestra cómo estos dos componentes pueden sumarse para proporcionar un trabajo respiratorio total para diferentes frecuencias en una ventilación minuto fija. El punto de ajuste para la respiración basal es el punto en el que se minimiza el trabajo total de la respiración. En los seres humanos normales, esto ocurre a una frecuencia de aproximadamente 15 respiraciones/min. Ante diferentes enfermedades, este patrón se altera para compensar la anormalidad fisiológica subyacente. FIGURA 9–10 Minimizando el trabajo respiratorio. Estos diagramas dividen el trabajo respiratorio total en la misma ventilación minuto en componentes elásticos y de resistencia. En los estados de enfermedad que aumentan las fuerzas elásticas (p. ej., fibrosis pulmonar), el trabajo total se minimiza con una respiración rápida y superficial; ante una mayor resistencia al flujo de aire (p. ej., bronquitis crónica), el trabajo total se minimiza con una respiración lenta y profunda. Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 16 / 67 Minimizando el trabajo respiratorio. Estos diagramas dividen el trabajo respiratorio total en la misma ventilación minuto en componentes elásticos y Universidad del Valle de México UVM de resistencia. En los estados de enfermedad que aumentan las fuerzas elásticas (p. ej., fibrosis pulmonar), el trabajo total se minimiza con una Access Provided by: respiración rápida y superficial; ante una mayor resistencia al flujo de aire (p. ej., bronquitis crónica), el trabajo total se minimiza con una respiración lenta y profunda. (Reproducida con permiso de Lumb AB. Nunn’s Applied Respiratory Physiology. 8th ed. Elsevier; 2016. Copyright © Elsevier.) La cantidad de energía necesaria para mantener los músculos respiratorios durante la respiración en reposo es pequeña: alrededor de 2% del consumo basal de oxígeno. En pacientes con enfermedad pulmonar, los requerimientos de energía son mayores en reposo y aumentan radicalmente con el ejercicio. Es posible que los pacientes con enfisema no puedan aumentar su ventilación en más de un factor de 2, debido a que el costo de oxígeno de la respiración excede el oxígeno adicional disponible para el cuerpo. Transporte de oxígeno El oxígeno es poco soluble en sangre. A una temperatura de 37 °C y una presión parcial de oxígeno de 100 mm Hg (PaO2 = 100), el oxígeno total disuelto en 100 mL de sangre entera es de aproximadamente 0.3 mL. Debido a que el consumo de oxígeno basal en el humano adulto promedio es de alrededor de 250 mL/min, el contenido de oxígeno disuelto sería inadecuado para satisfacer las demandas metabólicas. En cambio, las altas necesidades de oxígeno de los órganos internos complejos se satisfacen con una proteína soluble que se une al oxígeno de forma rápida, reversible y con una alta capacidad de almacenamiento. Esta proteína es la hemoglobina. La hemoglobina es un complejo tetrámero de dos cadenas polipeptídicas alfa y beta, cada una de las cuales contiene un grupo hem con un átomo de hierro en su centro en forma ferrosa (Fe2+), capaz de unirse al oxígeno molecular (O2). Cada molécula de hemoglobina puede unirse a cuatro moléculas de oxígeno. En condiciones fisiológicas, 1 g de hemoglobina totalmente saturada puede transportar cerca de 1.34 mL de oxígeno. Por tanto, 100 mL de sangre que contienen 15 g/dL de hemoglobina saturada contienen 20.1 mL de O2, casi 70 veces la cantidad en solución. La forma convencional de representar el oxígeno unido a la hemoglobina es la saturación de hemoglobina (SO2), proporción de oxígeno unido a la hemoglobina, dividida por la capacidad total de enlace de oxígeno, que se suele expresar como un porcentaje. Tenga en cuenta que la SO2 sola no determina el contenido de oxígeno. El contenido de oxígeno en la sangre es la suma de dos términos: oxígeno disuelto y oxígeno unido a la hemoglobina. El oxígeno disuelto es una función lineal de la presión parcial de oxígeno (PO2) y la solubilidad, mientras que el oxígeno unido a la hemoglobina es el producto de tres términos: capacidad de transporte de oxígeno, concentración de hemoglobina, y saturación de hemoglobina (SO2): Esta ecuación explica por qué el contenido de oxígeno y el suministro de oxígeno en el tejido pueden ser bajos, a pesar de un 100% de SO2, si la concentración de hemoglobina se reduce notablemente. Debido a su fisicoquímica, la saturación de hemoglobina tiene una relación compleja con la presión parcial de oxígeno. Las interacciones entre las cuatro cadenas de polipéptidos en la molécula hem aumentan la afinidad global por el oxígeno a medida que cada sitio de unión al oxígeno se llena. Si se grafica PO2 contra SO2 para representar la curva de disociación de la oxihemoglobina, se observa que la relación no es lineal, sino en forma de S o sigmoidea (figura 9–11). La curva es muy pronunciada en el rango fisiológico (es decir, entre 10 y 70 mm Hg PO2). Por encima de una presión parcial de 70 mm Hg, la curva de disociación de la oxihemoglobina se aplana. Esta relación explica la idoneidad de la hemoglobina para su función fisiológica primaria: la unión reversible con el oxígeno para lograr su captación en los pulmones y su liberación en los tejidos. Tanto las enfermedades como los cambios en la altura pueden hacer que la PO2 disminuya de manera significativa, pero mientras la presión parcial permanezca por encima de Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 70 mm Hg, habrá una consecuencia mínima en la saturación de hemoglobina con O2 y, a su vez, en el contenido de oxígeno. De 70 a 40 mmPage Hg, una 17 / 67 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 All Rights Terms of Use Privacy Notice de Accessibility caída enMcGraw la PO2 seHill. asocia con unReserved. aumento proporcionalmente mayorPolicy en la liberación oxígeno de la hemoglobina, al tiempo que se mantiene una PO2 en los extremos capilares relativamente alta para promover la difusión de oxígeno en los tejidos. Por debajo de 40 mm Hg, pequeños cambios en cuatro cadenas de polipéptidos en la molécula hem aumentan la afinidad global por el oxígeno a medida que cada sitio de unión al oxígeno se llena. Si se grafica PO2 contra SO2 para representar la curva de disociación de la oxihemoglobina, se observa que laUniversidad relación no del es lineal, sinoMéxico en forma Valle de UVM de S o sigmoidea (figura 9–11). La curva es muy pronunciada en el rango fisiológico (es decir, entre 10 y 70 mm Hg PO2Provided ). Por encima de una presión Access by: parcial de 70 mm Hg, la curva de disociación de la oxihemoglobina se aplana. Esta relación explica la idoneidad de la hemoglobina para su función fisiológica primaria: la unión reversible con el oxígeno para lograr su captación en los pulmones y su liberación en los tejidos. Tanto las enfermedades como los cambios en la altura pueden hacer que la PO2 disminuya de manera significativa, pero mientras la presión parcial permanezca por encima de 70 mm Hg, habrá una consecuencia mínima en la saturación de hemoglobina con O2 y, a su vez, en el contenido de oxígeno. De 70 a 40 mm Hg, una caída en la PO2 se asocia con un aumento proporcionalmente mayor en la liberación de oxígeno de la hemoglobina, al tiempo que se mantiene una PO2 en los extremos capilares relativamente alta para promover la difusión de oxígeno en los tejidos. Por debajo de 40 mm Hg, pequeños cambios en la PO2 continúan liberando oxígeno a los tejidos, hasta niveles muy bajos de PO2 en algunos lechos capilares. FIGURA 9–11 Curva de disociación de la oxihemoglobina. pH 7.40, temperatura 38 °C. (Datos tomados de Severinghaus JW. Blood gas calculator. J Appl Physiol 1966;21:1108.) Distribución de ventilación y perfusión El aire inhalado y el flujo sanguíneo arterial pulmonar no se distribuyen por igual a todas las regiones pulmonares. En individuos sanos, la distribución heterogénea se debe sobre todo a dos factores: los efectos de la gravedad y la geometría fractal de la ramificación repetitiva de las vías aéreas y los vasos. La presión pleural varía desde la parte superior a la parte inferior del pulmón en aproximadamente 0.25 cm H2O/cm. Es más negativa en el ápice y más positiva en la base. El efecto se desplaza a una distribución anteroposterior en la posición supina, y se reduce mucho (aunque no se elimina) en ausencia de gravedad. La ventilación regional depende de la presión pleural regional (figura 9–12). Una presión pleural más negativa en el ápice pulmonar causa una mayor expansión de los alvéolos apicales. Debido a que la compliancia pulmonar es mayor en volúmenes pulmonares más bajos, la ventilación se distribuye preferentemente a los lóbulos inferiores en FRC. FIGURA 9–12 Distribución de la ventilación a diferentes volúmenes pulmonares. El efecto de la gravedad y el peso del pulmón hacen que la presión pleural se vuelva más negativa hacia el ápice del pulmón. El efecto de este cambio en la presión es aumentar la expansión de los alvéolos apicales. A : Capacidad pulmonar total. En volúmenes pulmonares altos, la curva de compliancia del pulmón es plana; los alvéolos están casi igualmente expandidos, porque las diferencias de presión causan pequeños cambios en el volumen pulmonar. B : Capacidad residual funcional. Durante la respiración en reposo los lóbulos inferiores se encuentran en la parte empinada de la curva de presiónvolumen. Esta mayor compliancia en volúmenes más bajos es la razón por la cual la ventilación en FRC se distribuye con preferencia a los lóbulos inferiores. C : Volumen residual. Por debajo de la capacidad residual Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 funcional9: (FRC), puede haber unidades pulmonares que estén a presiones positivas. Estas unidades pueden Page 18 / 67 Capítulo Enfermedades pulmonares, Thomas H.dependientes Sisson; Dru Claar; Markexpuestas S. Chesnutt; Thomaspleurales J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights of Use Privacy Notice Accessibility colapsar, provocando que áreasReserved. del pulmónTerms estén perfundidas, peroPolicy no ventiladas. Distribución de la ventilación a diferentes volúmenes pulmonares. El efecto de la gravedad y el peso del pulmón hacen que la presión pleural se vuelva Universidad del Valle de México UVM más negativa hacia el ápice del pulmón. El efecto de este cambio en la presión es aumentar la expansión de los alvéolos apicales. A : Capacidad by: pulmonar total. En volúmenes pulmonares altos, la curva de compliancia del pulmón es plana; los alvéolos estánAccess casi Provided igualmente expandidos, porque las diferencias de presión causan pequeños cambios en el volumen pulmonar. B : Capacidad residual funcional. Durante la respiración en reposo los lóbulos inferiores se encuentran en la parte empinada de la curva de presiónvolumen. Esta mayor compliancia en volúmenes más bajos es la razón por la cual la ventilación en FRC se distribuye con preferencia a los lóbulos inferiores. C : Volumen residual. Por debajo de la capacidad residual funcional (FRC), puede haber unidades pulmonares dependientes que estén expuestas a presiones pleurales positivas. Estas unidades pueden colapsar, provocando que áreas del pulmón estén perfundidas, pero no ventiladas. (Reimpresa con permiso de Hinshaw HC, et al. Diseases of the Chest. 4a. ed. WB Saunders; 1979. Copyright © Elsevier.) El flujo sanguíneo pulmonar es un sistema de baja presión que funciona en un campo gravitatorio a través de 30 centímetros verticales. En la posición vertical, hay un aumento casi lineal en el flujo de sangre desde la parte superior a la parte inferior del pulmón. Sin embargo, dentro de cualquier plano horizontal (isogravitacional), existe una heterogeneidad significativa del flujo sanguíneo, debido a la geometría fractal de la ramificación repetitiva de los vasos, lo que resulta en una resistencia heterogénea. La figura 9–13 ilustra los detalles de esta distribución. FIGURA 9–13 Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Pagedel 19 / 67 Capítulo Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Mark S. Chesnutt; Thomas Prendergast Efecto del9:cambio de la presión hidrostática en la distribución delClaar; flujo sanguíneo pulmonar. El flujo J. sanguíneo capilar en diferentes regiones ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility pulmón se rige por tres presiones: presión arterial pulmonar, presión venosa pulmonar y presión alveolar. La presión arterial pulmonar debe ser mayor que la presión venosa pulmonar para mantener la perfusión hacia adelante; hay, por tanto, tres distribuciones potenciales de estas variables. Zona 1: P >P >P. No hay perfusión capilar en áreas donde la presión alveolar es mayor que la presión de perfusión capilar. Debido a que la El flujo sanguíneo pulmonar es un sistema de baja presión que funciona en un campo gravitatorio a través de 30 centímetros verticales. En la posición vertical, hay un aumento casi lineal en el flujo de sangre desde la parte superior a la parte inferior del pulmón. Sin embargo, dentro de de cualquier Universidad del Valle Méxicoplano UVM horizontal (isogravitacional), existe una heterogeneidad significativa del flujo sanguíneo, debido a la geometría fractal de la ramificación repetitiva de Access Provided by: los vasos, lo que resulta en una resistencia heterogénea. La figura 9–13 ilustra los detalles de esta distribución. FIGURA 9–13 Efecto del cambio de la presión hidrostática en la distribución del flujo sanguíneo pulmonar. El flujo sanguíneo capilar en diferentes regiones del pulmón se rige por tres presiones: presión arterial pulmonar, presión venosa pulmonar y presión alveolar. La presión arterial pulmonar debe ser mayor que la presión venosa pulmonar para mantener la perfusión hacia adelante; hay, por tanto, tres distribuciones potenciales de estas variables. Zona 1: Palv > Part > Pven. No hay perfusión capilar en áreas donde la presión alveolar es mayor que la presión de perfusión capilar. Debido a que la presión alveolar es normalmente cero, esto sólo ocurre cuando la presión arterial pulmonar media es menor que la distancia vertical desde la arteria pulmonar. Zona 2: Part > Palv > Pven. La presión arterial pulmonar excede la presión alveolar, pero la presión alveolar excede la presión venosa pulmonar. La presión de conducción a lo largo del capilar se disipa por la resistencia al flujo, hasta que la presión transmural es negativa y se produce compresión. Esta zona de colapso regula luego el flujo, que es intermitente y depende de la presión venosa pulmonar fluctuante. Zona 3: Part> Pven > Palv. El flujo es independiente de la presión alveolar, porque la presión venosa pulmonar supera la presión atmosférica. Zona 4: Zona de compresión extraalveolar. En las regiones pulmonares dependientes, la presión intersticial pulmonar puede exceder la presión arterial pulmonar. En este caso, el flujo capilar se determina por la compresión de los vasos extra alveolares. El lado derecho del diagrama muestra una distribución casi continua del flujo sanguíneo desde la parte superior del pulmón hasta la parte inferior, lo que demuestra que en el pulmón normal no hay zonas discretas. El pulmón humano normal, en FRC, abarca 30 centímetros verticales, la mitad de cuya distancia está por encima de la arteria pulmonar y la aurícula izquierda, y las presiones arteriales pulmonares representativas son 33/11 cm H2O, con una media de 19 cm H2O. Por consiguiente, no hay una zona 1 fisiológica para los seres humanos en posición vertical, excepto quizás en la diástole tardía. La presión auricular izquierda promedia 11 cm H2O y es suficiente para crear condiciones de zona 3 a dos tercios de la distancia desde el corazón hasta el vértice. Sin embargo, en pacientes sometidos a ventilación mecánica con presión positiva, o en pacientes con enfermedad de las vías aéreas que crean unidades pulmonares que no se vacían durante el ciclo respiratorio normal, la presión alveolar ya no es atmosférica. Bajo condiciones de presión espiratoria final positiva (PEEP, positive endexpiratory pressure) la Palv puede ser tan alta como 15–20 cm H2O. Esto desplaza potencialmente toda la distribución del flujo sanguíneo pulmonar. (Adaptada y reimpresa con permiso de Hughes JM, et al. Effect of lung volume on the distribution of pulmonary blood flow in man. Respir Physiol 1968;4(1):58–72. Copyright © Elsevier.) Un factor adicional que regula el flujo sanguíneo es la vasoconstricción pulmonar hipóxica. Las células del músculo liso de las arteriolas pulmonares son sensibles a la PO2 alveolar (mucho más que a la PO2 arterial). A medida que cae la PO2 alveolar hay una constricción arteriolar, un aumento de la resistencia local al flujo y una redistribución del flujo a las regiones con PO2 alveolar más alta. Cuando se regionaliza, este es un mecanismo eficaz para disminuir el flujo sanguíneo local sin un aumento significativo en la presión arterial pulmonar media. Cuando afecta a más de 20% de la circulación pulmonar, como en el caso de la hipoxia alveolar global, la vasoconstricción pulmonar generalizada aumenta la presión arterial pulmonar media y puede provocar hipertensión pulmonar. Relación ventilaciónperfusión El papel funcional de los pulmones es colocar el aire ambiente muy cerca de la sangre circulante para permitir el intercambio de gases por difusión Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 simple. lograr esto, lospulmonares, flujos de aireThomas y sangreH. deben dirigirse al mismo lugar al mismo tiempo. respiratorio 20 / 67 CapítuloPara 9: Enfermedades Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; ThomasElJ.funcionamiento Prendergast óptimo del sistemaPage requiere que la ventilación se adapte a la perfusión. ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility En un individuo normal, la ventilación alveolar en reposo característica es de aproximadamente 4 L/min, mientras que el flujo sanguíneo de la arteria 20% de la circulación pulmonar, como en el caso de la hipoxia alveolar global, la vasoconstricción pulmonar generalizada aumenta la presión arterial Universidad del Valle de México UVM pulmonar media y puede provocar hipertensión pulmonar. Access Provided by: Relación ventilaciónperfusión El papel funcional de los pulmones es colocar el aire ambiente muy cerca de la sangre circulante para permitir el intercambio de gases por difusión simple. Para lograr esto, los flujos de aire y sangre deben dirigirse al mismo lugar al mismo tiempo. El funcionamiento óptimo del sistema respiratorio requiere que la ventilación se adapte a la perfusión. En un individuo normal, la ventilación alveolar en reposo característica es de aproximadamente 4 L/min, mientras que el flujo sanguíneo de la arteria pulmonar es de 5 L/min. Esto produce una relación global de ventilaciónperfusión de 0.8. Como se señaló antes, la ventilación y la perfusión se distribuyen de manera preferencial a las regiones dependientes en reposo, aunque el aumento en el flujo dependiente de la gravedad está más marcado con la perfusión que con la ventilación. Por tanto, la proporción de ventilaciónperfusión es más alta en el vértice y más baja en la base (figura 9–14). FIGURA 9–14 Cambio en la distribución de la ventilación y la perfusión hacia abajo en un pulmón vertical. Las dos líneas rectas reflejan los aumentos progresivos de ventilación y perfusión. La pendiente es más pronunciada para la perfusión. La proporción de ventilaciónperfusión es, por tanto, más baja en la base y más alta en el vértice. (Reproducida con permiso de West JB. Ventilation/Blood Flow and Gas Exchange. 5a. ed. Blackwell; 1990.) Las alteraciones regionales a partir de la situación ideal de distribución de la relación ventilaciónperfusión (figura 9–15, panel superior izquierdo) se denominan como desajuste V̇/ Q̇ y son un fenómeno extremadamente importante que subyace al deterioro funcional de muchos estados patológicos. Una distribución puede favorecer relaciones V̇/ Q̇ bajas, siendo el caso extremo un shunt (perfusión sin ventilación o V̇/ Q̇ = 0), o puede favorecer relaciones V̇/ Q̇ altas, cuyo caso extremo es el espacio alveolar muerto (ventilación sin perfusión o V̇/ Q̇ = ∞). Estos dos tipos de desajuste V̇/ Q̇ afectan la función respiratoria de manera muy diferente. Se produce un cambio hacia relaciones V̇/ Q̇ bajas cuando se reduce o elimina la ventilación regional, pero persiste la perfusión, como podría ocurrir con el pulmón atelectásico o en áreas de consolidación pulmonar, donde los alvéolos están llenos de líquido o residuos infectados. Un shunt (figura 9–15, panel superior derecho) es el caso extremo de un área de V̇/ Q̇ baja, en la que está ausente la ventilación y la proporción baja a cero. La sangre pulmonar arterial (mezcla venosa) pasará entonces a la circulación arterial sistémica sin entrar en contacto con el gas alveolar. El principal efecto fisiológico de un shunt de derecha a izquierda es reducir la PO2 arterial. Al disminuir el flujo de sangre a estas áreas, el pulmón es capaz de responder de manera reflexiva a la hipoxemia regional, restaurando así el equilibrio ventilación perfusión. FIGURA 9–15 Cuatro modelos de relación entre ventilación y perfusión. En este esquema, los círculos representan las unidades respiratorias, y los tubos figuran las vías aéreas conductoras. Los canales coloreados representan el flujo sanguíneo pulmonar, que entra en el lecho capilar como sangre venosa mixta (azul) y sale como sangre arterializada (roja). La sangre se representa como púrpura en situaciones con oxigenación insuficiente. Las flechas grandes muestran la distribución de gas inspirado; las flechas pequeñas muestran la difusión de O2 y CO2. En el caso ideal (panel superior izquierdo), la Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo Enfermedades pulmonares, H. Sisson; Dru idénticas. Claar; Mark Chesnutt; Thomas J. Prendergast PaO2 y la 9: PaCO las unidadesThomas respiratorias A y B son UnS. shunt (panel superior derecho) es un área de V/Q baja Page donde21la/ 67 2 que salen de ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility ventilación está ausente y la proporción se reduce a cero, lo que disminuye la PO2 arterial. Si las regiones del pulmón que participan en el intercambio de gases están ventiladas, pero no están perfundidas, estas regiones tampoco funcionan en el intercambio de gases; conocido como espacio FIGURA 9–15 Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Cuatro modelos de relación entre ventilación y perfusión. En este esquema, los círculos representan las unidades respiratorias, y los tubos figuran las vías aéreas conductoras. Los canales coloreados representan el flujo sanguíneo pulmonar, que entra en el lecho capilar como sangre venosa mixta (azul) y sale como sangre arterializada (roja). La sangre se representa como púrpura en situaciones con oxigenación insuficiente. Las flechas grandes muestran la distribución de gas inspirado; las flechas pequeñas muestran la difusión de O2 y CO2. En el caso ideal (panel superior izquierdo), la PaO2 y la PaCO2 que salen de las unidades respiratorias A y B son idénticas. Un shunt (panel superior derecho) es un área de V/Q baja donde la ventilación está ausente y la proporción se reduce a cero, lo que disminuye la PO2 arterial. Si las regiones del pulmón que participan en el intercambio de gases están ventiladas, pero no están perfundidas, estas regiones tampoco funcionan en el intercambio de gases; conocido como espacio muerto alveolar (panel inferior izquierdo), reducen la eficiencia general de la ventilación y la eliminación de CO2 (ventilación desperdiciada). Sin embargo, una respuesta a un aumento de la ventilación desperdiciada es incrementar la ventilación minuto total (que incluye ventilación a las unidades alveolares perfundidas), manteniendo así una PaCO2 casi constante y una PaO2 normal, lo que se conoce como estado compensado (panel inferior derecho). Véase el texto para más detalles. (Reproducida con permiso de Comroe J. Physiology of Respiration. 2a. ed. Year Book; 1974. Copyright © Elsevier.) En la persona normal, alrededor de un tercio de la ventilación minuto en reposo llena las vías aéreas conductoras principales. Este es el espacio muerto anatómico: representa la ventilación a áreas que no participan en el intercambio de gases. Si las regiones del pulmón que participan en el intercambio de gases están ventiladas pero no perfundidas, como puede ocurrir en la embolia pulmonar, la enfermedad vascular pulmonar, o el enfisema, estas regiones tampoco funcionarán en el intercambio de gases y se denominarán espacio muerto alveolar o ventilación desperdiciada (figura 9–15, panel inferior izquierdo). Desde el punto de vista funcional, un cambio hacia altas relaciones V̇/ Q̇ significa que un mayor trabajo respiratorio respalda la ventilación que no participa en el intercambio de gases, lo que reduce la eficiencia general de la ventilación y la eliminación de CO2. En ausencia de compensación respiratoria, el efecto primario del aumento del espacio muerto es un incremento en la PCO2 arterial; la PaO2 puede caer como resultado del aumento de la PO2 alveolar. Sin embargo, debido a que el centro de control respiratorio es exquisitamente sensible a pequeños cambios en la PaCO2, la respuesta integrada más común al aumento de la ventilación desperdiciada es acrecentar la ventilación total por minuto (que incluye ventilación a las unidades alveolares perfundidas), manteniendo así la PaCO2 casi constante. En este estado compensado (figura 9–15, panel inferior derecho), la PaO2 permanece normal. La Δ (Aa)O2 se incrementa (esto se analiza a continuación). La respuesta adaptativa puede ser inconsciente, pero representa un problema clínico cuando el individuo ya no puede soportar un aumento de la ventilación minuto, como en el paciente con enfisema avanzado. El desajuste entre la ventilación y la perfusión suele ocurrir entre los casos limitantes de shunts verdaderos y el espacio muerto alveolar. El efecto sobre los gases de la sangre arterial de los cambios en la distribución de las proporciones V̇/ Q̇ se puede predecir a partir de un análisis de los casos limitantes (figura 9–16). El panel superior de la figura 9–16 ilustra una unidad respiratoria en la que, en un lado (B), la ventilación se ha reducido, pero la perfusión se ha mantenido. Esto define un área de baja relación V̇/ Q̇. El efecto fisiológico de las áreas de V̇/ Q̇ baja es similar al efecto de los shunts: hipoxemia sin hipercapnia. La diferencia entre las áreas V̇/ Q̇ baja y los shunts verdaderos también se puede ver comparando este esquema con la Downloaded 2024311 1:22 P IP is 187.188.71.150 figura 9–15. Como se muestra en Your el panel superior derecho de la figura 9–15, la sangre derivada no entra en contacto con el aire inspirado; por tanto, Page 22 / 67 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. J. Prendergast ninguna cantidad de oxígeno adicional suministrada al aire inspirado revertirá la Chesnutt; caída en laThomas PO2 arterial sistémica. En contraste, un área de V̇/ Q̇ baja ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility (figura 9–16, panel superior) entra en contacto con el aire inspirado, y la caída en la PO2 arterial sistémica puede revertirse al aumentar el oxígeno inspirado. Universidad delalveolar. Valle deElMéxico El desajuste entre la ventilación y la perfusión suele ocurrir entre los casos limitantes de shunts verdaderos y el espacio muerto efecto UVM Access Provided by: sobre los gases de la sangre arterial de los cambios en la distribución de las proporciones V̇/ Q̇ se puede predecir a partir de un análisis de los casos limitantes (figura 9–16). El panel superior de la figura 9–16 ilustra una unidad respiratoria en la que, en un lado (B), la ventilación se ha reducido, pero la perfusión se ha mantenido. Esto define un área de baja relación V̇/ Q̇. El efecto fisiológico de las áreas de V̇/ Q̇ baja es similar al efecto de los shunts: hipoxemia sin hipercapnia. La diferencia entre las áreas V̇/ Q̇ baja y los shunts verdaderos también se puede ver comparando este esquema con la figura 9–15. Como se muestra en el panel superior derecho de la figura 9–15, la sangre derivada no entra en contacto con el aire inspirado; por tanto, ninguna cantidad de oxígeno adicional suministrada al aire inspirado revertirá la caída en la PO2 arterial sistémica. En contraste, un área de V̇/ Q̇ baja (figura 9–16, panel superior) entra en contacto con el aire inspirado, y la caída en la PO2 arterial sistémica puede revertirse al aumentar el oxígeno inspirado. FIGURA 9–16 Desajuste entre ventilación/perfusión. El panel superior muestra una unidad respiratoria donde, en un lado (B), se ha reducido la ventilación, pero se mantiene la perfusión. Esto define un área de relación V̇/ Q̇ baja. El efecto fisiológico de las áreas V̇/ Q̇ baja parece similar al efecto de los shunts: hipoxemia sin hipercapnia. Pero como un área V̇/ Q̇ baja entra en contacto con el aire inspirado, la caída de la PaO2 se puede revertir con un aumento de la FiO2 inhalada. El panel inferior muestra una unidad respiratoria donde, en un lado (B), el flujo de sangre ha disminuido, pero la ventilación se mantiene. Esto define un área de relación V̇/ Q̇ alta. El efecto sobre la función pulmonar se puede entender al dividir la unidad en un área con una relación V̇/ Q̇ normal (A) y un área de espacio muerto o ventilación desperdiciada (B′). El efecto fisiológico de las altas proporciones de V̇/ Q̇ es aumentar la PCO2, lo que generalmente lleva a un aumento de la respiración para que la PaCO2 vuelva a la normalidad. (Azul, desoxigenado; rojo, oxigenado). Véase la leyenda de la figura 9–15, así como el texto para obtener más información. (Reproducida con permiso de Comroe J. Physiology of Respiration. 2a. ed. Year Book; 1974. Copyright © Elsevier.) El panel inferior de la figura 9–16 ilustra una unidad respiratoria en la que, en un lado (B), el flujo de sangre ha disminuido, pero la ventilación se ha mantenido. Esto define un área de alta relación V̇/ Q̇. El efecto sobre la función pulmonar se puede entender al dividir la unidad en un área con una relación V̇/ Q̇ normal (A) y un área de espacio muerto o ventilación desperdiciada (B′). El efecto fisiológico de las altas proporciones de V̇/ Q̇ es un aumento en la PCO2, que generalmente conduce a un aumento de la respiración para que la PaCO2 regrese a la normalidad. La hiperventilación de las regiones pulmonares no afectadas puede compensar el aumento de PCO2 desde el espacio muerto alveolar, pero no puede compensar la disminución en la PO2 de las áreas de shunt. La razón de esto son las diferentes formas en que se transportan el oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre, y las diferentes relaciones entre el contenido y la presión parcial de estos gases. Debido a que el contenido de PCO2 y CO2 están relacionados linealmente dentro del rango fisiológico normal, el aumento de la ventilación en una unidad respiratoria reducirá la PCO2 y el contenido de CO2 de la sangre que sale unidad. contenido total de CO2 será la media de las unidades afectadas y no afectadas. Debido a que la PCO2 es Downloaded 2024311 1:22dePesa Your IP is El 187.188.71.150 Page 23 / 67 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast proporcional al contenido de CO2, el contenido reducido de CO2 en las regiones pulmonares hiperventiladas compensa el contenido elevado de las ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility áreas de ventilación desperdiciada. El contenido de PCO2 y CO2 de la mezcla se asume como lo mismo. La hiperventilación de las regiones pulmonares no afectadas puede compensar el aumento de PCO2 desde el espacio muerto alveolar, pero no puede Universidad del Valle de México UVM compensar la disminución en la PO2 de las áreas de shunt. La razón de esto son las diferentes formas en que se transportan el oxígeno y el dióxido de Access Provided by: carbono en la sangre, y las diferentes relaciones entre el contenido y la presión parcial de estos gases. Debido a que el contenido de PCO2 y CO2 están relacionados linealmente dentro del rango fisiológico normal, el aumento de la ventilación en una unidad respiratoria reducirá la PCO2 y el contenido de CO2 de la sangre que sale de esa unidad. El contenido total de CO2 será la media de las unidades afectadas y no afectadas. Debido a que la PCO2 es proporcional al contenido de CO2, el contenido reducido de CO2 en las regiones pulmonares hiperventiladas compensa el contenido elevado de las áreas de ventilación desperdiciada. El contenido de PCO2 y CO2 de la mezcla se asume como lo mismo. La hiperventilación o el aumento de oxígeno inspirado en las regiones pulmonares no afectadas no compensa la disminución en la PO2 de las áreas de shunt verdadero. El contenido de O2 en sangre no está relacionado linealmente con la PO2 (véase figura 9–11). La forma sigmoidea de la curva de disociación de la oxihemoglobina indica que la hemoglobina está saturada al máximo en una PO2 de 60. El aumento de la PO2 de 60 a 600 aumenta la presión parcial en 10 veces, pero sólo en 10% el contenido de O2. El aumento de la ventilación o el aumento de la PO2 alveolar a unidades respiratorias no afectadas pueden aumentar la PO2 capilar terminal, pero no cambiará el contenido de O2 de la sangre que sale de esas unidades. El contenido total de O2 será el promedio del contenido normal de oxígeno en sangre y sangre desaturada y derivada. El contenido reducido de oxígeno de la mezcla tiende a recaer en la porción pronunciada de la curva de disociación de la oxihemoglobina, con el resultado de que las reducciones moderadas en el contenido de oxígeno conducen a grandes disminuciones en la PO2. Los gases de la sangre arterial detectan alteraciones importantes en la función respiratoria. Un intento de evaluar anomalías más sutiles del intercambio de gases es calcular la diferencia entre la PO2 alveolar y la arterial. Esto se conoce como diferencia alveolo arterial de oxígeno: Δ (Aa)O2. La membrana alveolarcapilar permite un equilibrio total entre la tensión de oxígeno alveolar y capilar final bajo condiciones de relación V̇/ Q̇ normal. No obstante, existe una pequeña Δ (Aa)O2 en individuos normales como resultado de un shunt de derecha a izquierda a través de las venas bronquiales y las venas de Tebesio del corazón izquierdo. Esto representa aproximadamente 2–5% del gasto cardiaco en reposo, y conduce a una Δ (A a)O2 de 5–8 mm Hg en adultos jóvenes sanos que respiran aire ambiental al nivel del mar. El aumento de la concentración de la fracción inspirada de oxígeno (FiO2, fractional inspired concentration of oxygen) aumenta este valor: una Δ (Aa) O2 normal para una respiración a 100% de oxígeno es de alrededor de 100 mm Hg. Los valores normales aumentan con la edad, se presume como resultado del cierre de las vías respiratorias dependientes, con un cambio consecuente hacia relaciones V̇/ Q̇ bajas. Los aumentos adicionales en la Δ (Aa)O2 reflejan áreas de relación V̇/ Q̇ baja, incluida el shunt. Control de la respiración Los pulmones se inflan y se desinflan de forma pasiva como respuesta a los cambios en la presión pleural. Por tanto, el control sobre la respiración se encuentra en el control de los músculos estriados —principalmente en el diafragma, pero también en los intercostales y la pared abdominal— que cambian la presión pleural. Estos músculos están bajo control tanto automático como voluntario. El ritmo de la respiración espontánea se origina en el tallo cerebral, específicamente en varios grupos de neuronas interconectadas en la médula. La investigación sobre la generación del ritmo respiratorio ha identificado que se origina en las neuronas del complejo preBötzinger. Las neuronas respiratorias son tanto inspiratorias como espiratorias, y pueden dispararse de forma temprana, tardía o acelerada, durante el ciclo respiratorio. Su salida integrada es una señal eferente a través del nervio frénico (diafragma) y los nervios espinales (intercostales y pared abdominal) para generar la contracción rítmica y la relajación de la musculatura respiratoria. El resultado es una respiración espontánea sin entrada consciente. Sin embargo, al prestar atención a la respiración, se puede alterar este patrón. Comer, hablar, cantar, nadar y defecar dependen del control voluntario de la respiración automática. A. Entrada sensorial La frecuencia, la profundidad y la duración de la respiración espontánea se modifican por la información proporcionada al centro respiratorio desde sensores tanto químicos como mecánicos (figura 9–17). FIGURA 9–17 Representación esquemática del sistema de control respiratorio. Se muestran las interrelaciones entre el controlador del SNC, los efectores y los sensores, así como las conexiones entre estos componentes. Downloaded 2024311 1:22 P Your IP is 187.188.71.150 Capítulo 9: Enfermedades pulmonares, Thomas H. Sisson; Dru Claar; Mark S. Chesnutt; Thomas J. Prendergast ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 24 / 67 FIGURA 9–17 Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Representación esquemática del sistema de control respiratorio. Se muestran las interrelaciones entre el controlador del SNC, los efectores y los sensores, así como las conexiones entre estos componentes. (Reproducida con permiso de Berger AJ, et al. Regulation of respiration. N Engl J Med 1977;297:92. Copyright © 1977 Massachusetts Medical Society. Reimpreso con permiso de Massachusetts Medical Society.) Hay quimiorreceptores en la vasculatura periférica y en el tallo cerebral. Los quimiorreceptores periféricos son los cuerpos carotídeos, ubicados en la bifurcación de las arterias carótidas comunes y los cuerpos aórticos cercanos al arco de la aorta. Los cuerpos carotídeos son particularmente importantes en los humanos. Funcionan como sensores de la oxigenación arterial. Hay un aumento gradual en la activación de los cuerpos carotídeos en respuesta a una caída en la PaO2. Esta respuesta es más marcada por debajo de 60 mm Hg. Un aumento en la PaCO2 o una caída en el pH arterial potencia la respuesta de los cuerpos carotídeos a la disminución de la PaO2. En los seres humanos, los cuerpos carotídeos son los únicos responsables del aumento de la ventilación que se observa en respuesta a la hipoxia. La resección bilateral del cuerpo carotídeo, que se ha realizado para tratar la disnea incapacitante y que puede ocurrir como una consecuencia involuntaria de la tromboendarterectomía carotídea, resulta en una pérdida completa de este impulso ventilatorio hipóxico y deja intacta la respuesta a los cambios en la PaCO2. Los quimiorreceptores centrales median la respuesta a los cambios en la PaCO2. Existe una creciente evidencia de que estos quimiorreceptores están muy dispersos en todo el tallo cerebral, y están separados de las neuronas que generan el ritmo respiratorio. El aumento de la respuesta ventilatoria a la elevación de la PaCO2 está mediado por cambios en el pH del quimiorreceptor. La barrera hematoencefálica permite la difusión libre de CO2, pero no de iones de hidrógeno. El CO2 se hidrata a ácido carbónico, el cual ioniza y disminuye el pH del cerebro. Los quimiorreceptores centrales probablemente responden a estos cambios en la concentración de iones de hidrógeno intracelular. Existe una variedad de receptores de estiramiento pulmonar ubicados en el músculo liso de las vías aéreas y en la mucosa cuyas fibras aferentes son transportadas por el nervio vago. Estos se descargan en respuesta a la distensión pulmonar. El aumento del volumen pulmonar disminuye la tasa de respiración al

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