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FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO CÓMO LA CIRCULACIÓN PULMONAR ELIMINA GASES DE LOS PULMONES Y ALTERA ALGUNOS METABOLITOS • Presiones en el interior de los vasos sanguíneos pulmonares • Presiones alrededor de los vasos sanguíneos pulmonares • Resistencia vascular pulmonar • Medición del flujo sanguíneo...

FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO CÓMO LA CIRCULACIÓN PULMONAR ELIMINA GASES DE LOS PULMONES Y ALTERA ALGUNOS METABOLITOS • Presiones en el interior de los vasos sanguíneos pulmonares • Presiones alrededor de los vasos sanguíneos pulmonares • Resistencia vascular pulmonar • Medición del flujo sanguíneo pulmonar • Distribución del flujo sanguíneo • Control activo de la circulación • Equilibrio hídrico en los pulmones 4 V eremos ahora cómo se eliminan de los pulmones los gases respiratorios. En primer lugar, se consideran las presiones dentro y fuera de los vasos sanguíneos pulmonares y, a continuación, se comentará la resistencia vascular pulmonar. Explicaremos después la medición del flujo sanguíneo pulmonar total y su distribución desigual causada por la gravedad. Seguiremos con el control activo de la circulación, y con el equilibrio hídrico en los pulmones. Finalmente, se abordan otras funciones de la circulación pulmonar, particularmente las funciones metabólicas de los pulmones. • Otras funciones de la circulación pulmonar • Funciones metabólicas de los pulmones 41 42 CAPÍTULO 4 La circulación pulmonar se inicia en la arteria pulmonar principal, que recibe la sangre venosa mixta bombeada por el ventrículo derecho. Esta arteria se ramifica sucesivamente como el sistema de las vías respiratorias (v. fig. 1-3) y, en realidad, las arterias pulmonares acompañan a las vías respiratorias hasta los bronquíolos terminales. A partir de ahí, se dispersan para proporcionar el lecho capilar que se encuentra en las paredes de los alvéolos (v. figs. 1-6 y 1-7). Los capilares pulmonares forman un retículo denso en la pared alveolar que constituye una disposición sumamente eficaz para el intercambio de gases (v. figs. 1-1, 1-6 y 1-7). Es tan tupida la malla que algunos fisiólogos opinan que es erróneo hablar de una red de segmentos capilares individuales, y prefieren considerar el lecho capilar como una sábana de sangre que fluye, interrumpida en algunos puntos por postes (v. fig. 1-6), como un garaje subterráneo. La sangre oxigenada se recoge del lecho capilar por las pequeñas venas pulmonares, que discurren entre los lobulillos y que, finalmente, se unen para formar las cuatro grandes venas pulmonares (en los seres humanos), que desembocan en la aurícula izquierda. A primera vista, esta circulación parece ser, sencillamente, una versión reducida de la circulación sistémica, que empieza en la aorta y termina en la aurícula derecha. Sin embargo, existen diferencias importantes entre ambas circulaciones, y los intentos de demostrar similitudes entre ellas suelen causar confusiones. PRESIONES EN EL INTERIOR DE LOS VASOS SANGUÍNEOS PULMONARES Las presiones en la circulación pulmonar son notablemente bajas. La presión media en la arteria pulmonar principal es sólo de unos 15 mm Hg; las presiones sistólica y diastólica son de unos 25 y 8 mm Hg, respectivamente (fig. 4-1). La presión Media = 15 Arteria ~ – 12 Media = 100 25 120 8 80 Pulmonar Sistémica 25 Cap ~ –8 Arteria 0 120 30 0 VD VI AD AI 2 5 20 Cap 10 Vena Vena Figura 4-1. Comparación de presiones (mm Hg) en las circulaciones pulmonar y sistémica. Las diferencias hidrostáticas las modifican. FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 43 es, por lo tanto, muy pulsátil. Por el contrario, la presión media en la aorta es de unos 100 mm Hg, unas seis veces más que en la arteria pulmonar. Las presiones en las aurículas derecha e izquierda no difieren mucho: unos 2 y 5 mm Hg, respectivamente. Así, las diferencias de presión de la entrada y la salida de los sistemas pulmonar y sistémico son, aproximadamente, de (15 – 5) = 10 y (100 – 2) = 98 mm Hg, respectivamente: un factor de 10. En armonía con estas bajas presiones, las paredes de la arteria pulmonar y sus ramas son muy delgadas, y contienen relativamente poca musculatura lisa (se confunden fácilmente con venas). Esto contrasta llamativamente con la circulación sistémica, donde las arterias generalmente tienen paredes gruesas y las arteriolas, en particular, cuentan con abundante musculatura lisa. Las razones para estas diferencias quedan claras cuando se comparan las funciones de ambas circulaciones. La circulación sistémica regula el aporte de sangre a diversos órganos, entre ellos los que pueden estar muy por encima del nivel del corazón (el brazo estirado hacia arriba, por ejemplo). Por el contrario, se necesitan los pulmones para aceptar todo el gasto cardíaco en todo momento. Rara vez tiene que ver con dirigir sangre de una región a otra (una excepción es la hipoxia alveolar localizada; v. más adelante), y su presión arterial es, por lo tanto, tan baja como acorde con la elevación de la sangre hacia el vértice pulmonar. Esto mantiene el trabajo del corazón derecho tan reducido como conviene para que se produzca un eficaz intercambio de gases en los pulmones. La presión en el interior de los capilares pulmonares es desconocida. El mejor dato sugiere que se encuentra, aproximadamente, a medio camino entre la presión arterial y la presión venosa pulmonares, y que, probablemente, gran parte de la caída de presión se produce en el interior del propio lecho capilar. Ciertamente, la distribución de presiones a lo largo de la circulación pulmonar es mucho más simétrica que en su equivalente sistémica, donde la mayor parte de la caída de presión se produce justo antes de llegar a los capilares (fig. 4-1). Además, la presión dentro de los capilares pulmonares varía considerablemente por todo el pulmón, a causa de efectos hidrostáticos (v. más adelante). PRESIONES ALREDEDOR DE LOS VASOS SANGUÍNEOS PULMONARES Los capilares pulmonares son característicos en cuanto que están prácticamente rodeados de aire (v. figs. 1-1 y 1-7). Cierto es que existe una capa muy fina de células epiteliales que tapizan los alvéolos, pero los capilares obtienen escasa protección y, en consecuencia, pueden colapsarse o distenderse, dependiendo de las presiones dentro y fuera de ellos. Esta última está muy próxima a la presión alveolar. (La presión en los alvéolos suele estar próxima a la presión atmosférica; realmente, cuando se contiene la respiración con la glotis abierta, las dos presiones son idénticas.) En algunas situaciones especiales, la presión eficaz que rodea a los capilares disminuye por la tensión del líquido que tapiza los alvéolos. Generalmente, no obstante, la presión eficaz es la presión alveolar, y cuando ésta aumenta por encima de la presión en el interior de los capilares, éstos se colapsan. La diferencia de presión entre el interior y el exterior de los capilares se denomina, con frecuencia, presión transmural. 44 CAPÍTULO 4 Alvéolo V asos alveolares V asos extra alveolares Figura 4-2. Vasos «alveolares» y «extraalveolares». Los primeros son, fundamentalmente, los capilares, y están expuestos a la presión alveolar. Los segundos se abren por la tracción radial del parénquima pulmonar circundante, y la presión eficaz a su alrededor es, por lo tanto, menor que la presión alveolar. ¿Qué presión es la que rodea a las arterias y venas pulmonares? Puede ser considerablemente inferior a la presión alveolar. Cuando el pulmón se expande, estos vasos sanguíneos de mayor tamaño se abren por la tracción radial del parénquima pulmonar elástico que los rodea (figs. 4-2 y 4-3). En consecuencia, la presión eficaz a su alrededor es baja; de hecho, hay algunos datos que indican que esta presión es incluso inferior a la presión que rodea a todo el pulmón (presión intrapleural). Esta paradoja puede explicarse por la ventaja mecánica que se produce cuando una estructura relativamente rígida, como un vaso sanguíneo o un bronquio, está rodeada por un material elástico que se expande rápidamente, como el Figura 4-3. Corte de un pulmón, que muestra muchos alvéolos y un vaso extraalveolar (en este caso, una pequeña vena) con su envoltura perivascular. FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 45 parénquima pulmonar. En todo caso, tanto las arterias como las venas aumentan su calibre cuando el pulmón se expande. El comportamiento de los capilares y de los vasos sanguíneos de mayor tamaño es tan diferente que, a menudo, se alude a ellos como vasos alveolares y vasos extraalveolares respectivamente (fig. 4-2). Los vasos alveolares están expuestos a la presión alveolar, e incluyen a los capilares y los vasos ligeramente mayores en las esquinas de las paredes alveolares. Su calibre está determinado por la relación entre la presión alveolar y la presión en su interior. Los vasos extraalveolares son todas las arterias y venas que discurren por todo el parénquima pulmonar. Su calibre está muy afectado por el volumen pulmonar, porque esto determina el empuje expansivo del parénquima sobre sus paredes. Los vasos sanguíneos muy grandes que se encuentran cerca del hilio están por fuera de la sustancia pulmonar, y están expuestos a la presión intrapleural. Vasos alveolares y extraalveolares • Los vasos alveolares están expuestos a la presión alveolar, y se comprimen si ésta aumenta. • Los vasos extraalveolares están expuestos a una presión menor que la alveolar, y se expanden por la tracción radial del parénquima circundante. RESISTENCIA VASCULAR PULMONAR Es útil para describir la resistencia de un sistema de vasos sanguíneos: Resistencia vascular = presión de entrada – presión de salida flujo sanguíneo Es análogo a la resistencia eléctrica, que es (voltaje de entrada – voltaje de salida) dividido por la corriente. La cifra de la resistencia vascular no es ciertamente una descripción completa de las propiedades de presión y flujo del sistema. Por ejemplo, el valor suele depender de la magnitud del flujo sanguíneo. No obstante, a menudo permite una comparación útil de diferentes circulaciones o de la misma circulación en situaciones diferentes. Ya hemos visto que la caída de presión total desde la arteria pulmonar a la aurícula izquierda en la circulación pulmonar es sólo de unos 10 mm Hg, frente a unos 100 mm Hg de la circulación sistémica. Dado que los flujos sanguíneos a través de ambas circulaciones son prácticamente idénticos, la resistencia vascular pulmonar es sólo una décima parte de la de la circulación sistémica. El flujo sanguíneo pulmonar es de unos 6 l/min, por lo que, en cifras, la resistencia vascular pulmonar es (15 – 5)/6 o unos 1,7 mm Hg/l por minuto.1 La elevada resistencia de la circulación sistémica se debe fundamentalmente a las numerosas arteriolas musculares Los cardiólogos expresan, a veces, la resistencia vascular pulmonar en dinas · s · cm-5. El valor normal está en la región de 100. 1 R esistencia vascular pulmonar (cm H 2 O/ l /min) 46 CAPÍTULO 4 300 200 Aumento de presión arterial 100 Aumento de presión venosa 0 10 20 30 40 Presión arterial o venosa (cm H 2 O) Figura 4-4. Descenso de la resistencia vascular pulmonar cuando aumenta la presión arterial o venosa pulmonar. Cuando se cambió la presión arterial, la presión venosa se mantuvo constante a 12 cm H2O, y cuando se cambió la presión venosa, la presión arterial se mantuvo a 37 cm H2O. (Datos de una preparación de un pulmón de animal extirpado.) que permiten la regulación del flujo sanguíneo hacia diversos órganos del cuerpo. La circulación pulmonar no tiene estos vasos, y parece tener una resistencia tan baja que es compatible con la distribución de sangre en una delgada película sobre una amplia superficie en las paredes alveolares. Aunque la resistencia vascular pulmonar normal es extraordinariamente pequeña, tiene una notable facilidad para disminuir aun más cuando aumenta la presión en el interior de los vasos. La figura 4-4 muestra que un aumento en la presión arterial pulmonar o en la venosa hace que la resistencia vascular pulmonar disminuya. Dos son los mecanismos responsables de ello. En condiciones normales, algunos capilares están cerrados o abiertos pero sin flujo de sangre. Cuando la presión aumenta, estos vasos empiezan a conducir sangre, con lo que disminuye la resistencia global. Es lo que se denomina reclutamiento (fig. 4-5), que es, aparentemente, el principal mecanismo de la disminución de la resistencia vascular pulmonar que se produce cuando la presión arterial pulmonar asciende desde niveles bajos. No se conoce bien la razón por la que algunos vasos no están per- R eclutamiento Distensión Figura 4-5. Reclutamiento (apertura de vasos previamente cerrados) y distensión (aumento del calibre de los vasos). Son los dos mecanismos para disminuir la resistencia vascular pulmonar que se produce cuando aumentan las presiones vasculares. FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 47 fundidos con presiones de perfusión bajas, pero quizá se deba a diferencias aleatorias en la geometría del complejo retículo (v. fig. 1-6), que da lugar a canales preferentes para el flujo. Con presiones vasculares más elevadas, se produce un ensanchamiento de segmentos capilares individuales. Este aumento de calibre, o distensión, es muy sorprendente, teniendo en cuenta la membrana tan delgada que separa el capilar del espacio alveolar (v. fig. 1-1). Probablemente, la distensión es, fundamentalmente, un cambio de forma de los capilares, desde casi planos a más circulares. Hay datos que indican que la pared de los capilares es muy resistente al estiramiento. La distensión es, aparentemente, el mecanismo predominante de la caída de la resistencia vascular pulmonar con presiones vasculares relativamente elevadas. Sin embargo, es frecuente que el reclutamiento y la distensión se produzcan al mismo tiempo. Otro importante factor determinante de la resistencia vascular pulmonar es el volumen pulmonar. El calibre de los vasos extraalveolares (fig. 4-2) está determinado por un equilibrio entre varias fuerzas. Como ya hemos visto, se abren cuando los pulmones se expanden. Debido a ello, su resistencia vascular es baja con volúmenes pulmonares grandes. Por otro lado, sus paredes contienen músculo liso y tejido elástico, que resiste la distensión y tiende a reducir el calibre de los vasos. En consecuencia, tienen una resistencia elevada cuando el volumen pulmonar es bajo (fig. 4-6). Realmente, si el pulmón está completamente colapsado, el tono de la musculatura lisa de estos vasos es tan eficaz que la presión en la arteria pulmonar tiene que aumentar varios centímetros de agua por encima de la presión aguas abajo antes de que haya flujo alguno. Es lo que se denomina presión crítica de apertura. ¿Está la resistencia vascular de los capilares influida por el volumen pulmonar? Esto depende de si la presión alveolar cambia con respecto a la presión dentro de los capilares, es decir, si se altera su presión transmural. Si la presión alveolar aumenta con respecto a la presión capilar, los vasos tienden a aplastarse, y su resisV aso extra alveolar Figura 4-6. Efecto del volumen pulmonar sobre la resistencia vascular pulmonar cuando se mantiene constante la presión transmural de los capilares. Con volúmenes pulmonares bajos, la resistencia es alta, porque los vasos extraalveolares se estrechan. Con volúmenes elevados, los capilares se estiran y su calibre disminuye. Obsérvese que la resistencia es mínima con unos volúmenes respiratorios normales. R esistencia vascular (cm H 2 O/ l /min) 120 C apilar 100 80 60 50 100 150 Volumen pulmonar (ml) 200 48 CAPÍTULO 4 tencia aumenta. Es lo que suele ocurrir cuando una persona sana inspira profundamente, porque la presión vascular desciende. (El corazón está rodeado por presión intrapleural, que disminuye con la inspiración.) Sin embargo, las presiones en la circulación pulmonar no permanecen estables tras una maniobra de este tipo. Un factor adicional es que el calibre de los capilares disminuye con unos volúmenes pulmonares grandes debido al estiramiento de las paredes. Una analogía sería un trozo de tubo de goma de paredes finas que se estira a través de su diámetro, con lo cual el calibre se reduce mucho. Así, incluso si la presión transmural de los capilares no varía con grandes insuflaciones pulmonares, su resistencia vascular aumenta (fig. 4-6). Debido al papel que desempeña la musculatura lisa en la determinación del calibre de los vasos extraalveolares, las sustancias que producen contracción de la musculatura aumentan la resistencia vascular pulmonar. Entre ellas se encuentran la serotonina, la histamina, la norepinefrina y la endotelina. El importante papel de la hipoxia se expone luego. Estos fármacos son vasoconstrictores especialmente eficaces cuando el volumen pulmonar es bajo y las fuerzas de expansión que actúan sobre los vasos son débiles. Las sustancias que pueden relajar la musculatura lisa en la circulación pulmonar comprenden la acetilcolina, los inhibidores de la fosfodiesterasa, los antagonistas del calcio y la prostaciclina (PGI2). Resistencia vascular pulmonar • Normalmente, es muy pequeña. • Disminuye con el esfuerzo, debido al reclutamiento y la distensión de capilares. • Aumenta con volúmenes pulmonares elevados y bajos. • Los vasoconstrictores comprenden la hipoxia, la serotonina, la histamina, el tromboxano A2 y la endotelina. • Los vasodilatadores comprenden el óxido nítrico, los inhibidores de la fosfodiesterasa, los antagonistas del calcio y la prostaciclina (PGI2). MEDICIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO PULMONAR . El volumen de sangre que pasa por los pulmones cada minuto (Q ) puede calcularse . mediante el principio de Fick, que establece que el consumo de O2 por minuto (Vo2) medido en la boca es igual a la cantidad de O2 captado por la sangre en los pulmones por minuto. Como la concentración de O2 en la sangre que entra en –o , y la de la sangre que lo abandona es Cao , entonces: los pulmones es Cv 2 2 . . –o ) Vo2 = Q (Cao2 – Cv 2 o, . Q= . Vo2 Cao2 – Cv–o2 FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 49 V̇o2 se mide recogiendo el aire espirado en un gran espirómetro, y midiendo su concentración. La sangre venosa mixta se obtiene a través de un catéter en la arteria pulmonar, y la sangre arterial, mediante punción de la arteria radial. El flujo sanguíneo pulmonar también puede medirse mediante la técnica de dilución de indicador, en la que se inyecta un colorante u otro indicador en la circulación venosa, y se registra su concentración en la sangre arterial. Ambos métodos son muy importantes, pero no se detallarán aquí, porque entran dentro del terreno de la fisiología cardiovascular. DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO Hasta ahora, hemos ido suponiendo que todas las partes de la circulación pulmonar se comportaban de forma idéntica. Sin embargo, existe un considerable desequilibrio de flujo dentro del pulmón humano, que puede mostrarse mediante una modificación del método con xenón radioactivo que se usaba para medir la distribución de la ventilación (v. fig. 2-7). Para la determinación del flujo sanguíneo, el xenón se disuelve en solución salina, y se inyecta en una vena periférica (fig. 4-7). Cuando llega a los capilares pulmonares, se desenvuelve en el aire alveolar, debido a su escasa solubilidad, y puede medirse la distribución de radioactividad mediante contadores colocados sobre el tórax mientras se contiene la respiración. En el pulmón de una persona en posición erecta, el flujo sanguíneo disminuye casi de forma lineal desde la base hasta el vértice, alcanzando valores muy bajos en este último (fig. 4-7). Esta distribución se ve afectada con los cambios de postura y con el esfuerzo. Cuando la persona está en decúbito supino, C ontadores de radiación F lujo sanguíneo/unidad de volumen 150 100 50 B ase 0 0 V értice 5 10 15 20 25 Distancia hasta el pulmón (cm) Figura 4-7. Medición de la distribución del flujo sanguíneo en el pulmón humano en posición vertical, usando xenón radioactivo. El xenón disuelto entra en el aire alveolar desde los capilares pulmonares. Las unidades de flujo sanguíneo son tales que si el flujo fuera uniforme, todos los valores serían 100. Obsérvese el escaso flujo en el vértice. 50 CAPÍTULO 4 aumenta el flujo de la zona apical, pero el de la zona basal permanece prácticamente sin cambios, con lo que la distribución desde el vértice a la base se vuelve casi uniforme. Sin embargo, en esta postura, el flujo sanguíneo de las regiones posteriores (inferiores o declive) del pulmón es mayor que el flujo de las partes anteriores. Las mediciones en personas suspendidas boca abajo muestran que el flujo sanguíneo apical puede superar al basal en esta postura. Con el esfuerzo leve, los flujos sanguíneos de la zona superior e inferior aumentan, y disminuyen las diferencias regionales. La distribución desigual del flujo sanguíneo puede explicarse por las diferencias de presión hidrostática en el interior de los vasos sanguíneos. Si consideramos el sistema arterial pulmonar como una columna continua de sangre, la diferencia de presión entre el vértice y la base de un pulmón de una altura de 30 cm será de unos 30 cm de agua, o 23 mm Hg. Es una gran diferencia de presión para un sistema de tan baja presión como la circulación pulmonar (fig. 4-1), y en la figura 4-8 se muestran sus efectos sobre el flujo sanguíneo regional. Puede haber una región en el vértice pulmonar (zona 1) donde la presión arterial pulmonar desciende por debajo de la presión alveolar (normalmente, próxima a la presión atmosférica). Si esto sucede, los capilares se aplanan, y no es posible que exista flujo. La zona 1 no existe en condiciones normales, porque la presión arterial pulmonar es suficiente para hacer llegar la sangre hasta el vértice pulmonar, pero puede aparecer si la presión arterial disminuye (p. ej., tras una hemorragia intensa) o si la presión alveolar aumenta (durante la ventilación con presión positiva). Este pulmón ventilado pero no perfundido no es útil para el intercambio de gases, y se denomina espacio muerto alveolar. Zona 1 PA > Pa > Pv Zona 2 Pa > PA > Pv Alveolar Pa Arterial PA Pv V enosa Distancia Zona 3 Pa > Pv > PA Flujo sanguíneo Figura 4-8. Explicación de la distribución desigual del flujo sanguíneo en el pulmón, basada en las presiones que afectan a los capilares. FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 51 Más abajo (zona 2), la presión arterial pulmonar aumenta a causa del efecto hidrostático, y supera la presión alveolar. Sin embargo, la presión venosa sigue siendo muy baja y menor que la presión alveolar, lo que lleva a unas peculiares características de la relación presión-flujo. En estas condiciones, el flujo sanguíneo está determinado por la diferencia entre las presiones arterial y alveolar (no la diferencia habitual arteriovenosa de presión). En realidad, la presión venosa carece de influencia sobre el flujo, salvo que supere a la presión alveolar. Un tubo de goma flexible en el interior de una cámara de vidrio puede ser un modelo de este comportamiento (fig. 4-9). Cuando la presión de la cámara es mayor que la presión de salida, el tubo de goma se colapsa en su extremo aguas abajo, y la presión en el tubo en este punto limita el flujo. El lecho capilar pulmonar es, claramente, muy diferente de un tubo de goma; sin embargo, el comportamiento global es similar y, con frecuencia, se denomina resistor de Starling, efecto compuerta o cascada. Como la presión arterial aumenta al descender de zona, pero la presión alveolar es la misma en todo el pulmón, la diferencia de presión responsable del flujo aumenta. Además, por debajo de esta zona se produce un reclutamiento cada vez mayor de capilares. En la zona 3, la presión venosa supera a la presión alveolar, y el flujo viene determinado, del modo habitual, por la diferencia arteriovenosa de presión. Aparentemente, el aumento del flujo sanguíneo por debajo de esta región pulmonar se debe, principalmente, a la distensión de los capilares. La presión en el interior de éstos (que se encuentra entre la arterial y la venosa) aumenta al descender de zona, mientras que la presión en el exterior (alveolar) permanece constante. Así, la presión transmural aumenta y, realmente, las medidas muestran que su amplitud media aumenta. El reclutamiento de vasos anteriormente cerrados también puede intervenir algo en el aumento del flujo sanguíneo al descender de esta zona. El esquema que se muestra en la figura 4-8 resume el papel que desempeñan los capilares en la determinación de la distribución del flujo sanguíneo. Con volúmenes pulmonares bajos, la resistencia de los vasos extraalveolares adquiere importancia, y se observa una disminución del flujo sanguíneo regional, que empieza primero en la base del pulmón, donde el parénquima se expande menos (v. fig 7-8). Esta región de flujo sanguíneo disminuido se denomina, en ocasiones, Figura 4-9. Dos resistores de Starling, cada uno de ellos formado por un tubo de goma en el interior de un recipiente. Cuando la presión de la cámara supera a la presión de salida, como en (A), el flujo no depende de la presión descendente. Sin embargo, cuando la presión descendente supera a la presión de la cámara, como en (B), el flujo está determinado por la diferencia de presión de entrada y salida. A B 52 CAPÍTULO 4 zona 4, y puede explicarse por el estrechamiento de los vasos extraalveolares, lo que sucede cuando el pulmón que los rodea está escasamente insuflado (fig. 4-6). Distribución del flujo sanguíneo • La gravedad provoca grandes diferencias a lo largo del pulmón. • En la zona 1, no hay flujo porque la presión arterial pulmonar es inferior a la presión alveolar. Esto no se observa en condiciones normales. • En la zona 2, el flujo viene determinado por la diferencia entre las presiones arterial y alveolar. • En la zona 3, el flujo viene determinado por la diferencia entre las presiones arterial y venosa. Existen otros factores que causan desigualdad del flujo sanguíneo en el pulmón. La disposición compleja y en parte aleatoria de los vasos sanguíneos y capilares (v. fig. 1-6) produce una cierta desigualdad de flujo sanguíneo en cualquier nivel pulmonar. También hay pruebas de que el flujo sanguíneo disminuye a lo largo del ácino, con partes periféricas con menor aporte sanguíneo. Algunas mediciones sugieren que las regiones periféricas de todo el pulmón reciben menos flujo sanguíneo que las regiones centrales. En algunos animales, algunas regiones pulmonares parecen tener una resistencia vascular intrínsecamente mayor. CONTROL ACTIVO DE LA CIRCULACIÓN Ya hemos visto que los factores pasivos dominan la resistencia vascular y la distribución del flujo en la circulación pulmonar en condiciones normales. Sin embargo, se produce una importante respuesta activa cuando disminuye la Po2 del aire alveolar. Es lo que se conoce como vasoconstricción pulmonar hipóxica, y consiste en la contracción del músculo liso de las paredes de las pequeñas arteriolas en la región hipóxica. Se desconoce el mecanismo exacto de esta respuesta, pero se produce en el pulmón extirpado y aislado, por lo que no depende de conexiones nerviosas centrales. Puede observarse cómo segmentos extirpados de la arteria pulmonar se contraen si se consigue un entorno hipóxico, por lo que puede ser una acción local de la hipoxia sobre la propia arteria. Curiosamente, es la Po2 del aire alveolar, y no de la sangre arterial pulmonar, lo que determina fundamentalmente la respuesta. Esto puede comprobarse al perfundir un pulmón con sangre con una elevada Po2, al tiempo que se mantiene baja la Po2 alveolar. En estas condiciones, se produce la respuesta. La pared del vaso se torna, como resultado, hipóxica durante la difusión de oxígeno sobre la corta distancia desde la pared a los alvéolos circundantes. Recuérdese que una pequeña arteria pulmonar está rodeada estrechamente por alvéolos (compárese la proximidad de los alvéolos a la pequeña vena pulmonar en la fig. 4-3). La curva estímulo-respuesta de esta constricción es muy poco lineal FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 53 100 F lujo sanguíneo (% control) 80 60 40 20 0 50 100 150 200 300 500 P O 2 alveolar Figura 4-10. Efecto de la disminución de la PO2 alveolar sobre el flujo sanguíneo pulmonar. (Datos de un gato anestesiado.) (fig. 4-10). Cuando la Po2 alveolar se altera en la región por encima de 100 mm Hg, se observan pocos cambios en la resistencia vascular. Sin embargo, cuando la Po2 alveolar disminuye por debajo, aproximadamente, de 70 mm Hg, puede producirse una importante vasoconstricción, y con una Po2 muy baja, el flujo sanguíneo local casi puede desaparecer. El mecanismo de la vasoconstricción pulmonar hipóxica sigue siendo objeto de muchas investigaciones. El principal desencadenante de la contracción del músculo liso es el aumento de la concentración del ion calcio en el citoplasma, que se da como consecuencia de varios factores. Las investigaciones han demostrado, por ejemplo, que están implicadas la inhibición de los canales de potasio regulados por voltaje y la despolarización de membrana, que llevan a un aumento de las concentraciones del ion calcio en el citoplasma. Las sustancias vasoactivas derivadas del endotelio también desempeñan un papel importante en la regulación del tono vascular. Uno de estos factores es el óxido nítrico (NO), que se forma a partir de la l-arginina por catálisis y mediante la acción de la NO sintasa endotelial (eNOS). El NO activa la guanilato ciclasa soluble y aumenta la síntesis de 3’,5’-monofosfato cíclico de guanosina (GMP cíclico). Posteriormente, el GMPc inhibe los canales de calcio, lo que impide un aumento de las concentraciones de calcio intracelular y promueve la vasodilatación. Los inhibidores de la NO sintasa aumentan la vasoconstricción pulmonar hipóxica en preparaciones de animales, mientras que la administración de NO en concentraciones bajas (10 a 40 ppm) por vía inhalada reduce la vasoconstricción pulmonar hipóxica en los seres humanos. Se ha demostrado que la alteración del gen de la eNOS produce hipertensión pulmonar en modelos animales. 54 CAPÍTULO 4 Las células del endotelio vascular pulmonar también liberan vasoconstrictores potentes como la endotelina 1 (ET-1) y el tromboxano A2 (TXA2), que desempeñan un papel en la fisiología normal y en la enfermedad. Los antagonistas de los receptores de endotelina ahora forman parte de las pautas de tratamiento de muchos pacientes con hipertensión pulmonar. La vasoconstricción hipóxica tiene el efecto de alejar el flujo sanguíneo de regiones pulmonares hipóxicas. Estas regiones pueden deberse a obstrucción bronquial y, al desviar el flujo sanguíneo, se reducen los efectos nocivos sobre el intercambio de gases. A una gran altitud, la Po2 está reducida por todo el pulmón, lo que se traduce en una vasoconstricción pulmonar generalizada, que lleva a una elevación de la presión arterial pulmonar. Aunque, probablemente, la situación más importante en la que actúa el mecanismo es en el momento del nacimiento. Durante la vida fetal, la resistencia vascular pulmonar es muy elevada, en parte, a causa de la vasoconstricción hipóxica, y sólo un 15 % del gasto cardíaco va a través de los pulmones (v. fig. 9-5). Cuando la primera respiración oxigena los alvéolos, la resistencia vascular desciende de forma considerable, por la relajación de la musculatura lisa vascular, y el flujo sanguíneo pulmonar aumenta notablemente. Vasoconstricción pulmonar hipóxica • La hipoxia alveolar constriñe las pequeñas arterias pulmonares. • Probablemente, un efecto directo de la baja PO2 sobre el músculo liso vascular. • Su eliminación es esencial al nacer en la transición de la respiración a través de la placenta a la respiración de aire. • Aleja el flujo sanguíneo de áreas mal ventiladas del pulmón afectado en el adulto. Se han descrito otras respuestas activas de la circulación pulmonar. Un pH sanguíneo bajo causa vasoconstricción, especialmente cuando existe hipoxia alveolar. También hay datos de que el sistema nervioso autónomo ejerce un control débil, un aumento del flujo (estimulación) simpático que causa rigidez de las paredes de las arterias pulmonares y vasoconstricción. EQUILIBRIO HÍDRICO EN LOS PULMONES Dado que sólo 0,3 µm de tejido separa el flujo capilar del aire en el pulmón (v. fig. 1-1), el problema de mantener los alvéolos sin líquido es esencial. Se cree que el intercambio de líquido a través del endotelio capilar obedece a la ley de Starling. La fuerza que tiende a empujar líquido hacia el exterior del capilar es la presión hidrostática capilar menos la presión hidrostática en el líquido intersticial, o Pc – Pi. La fuerza que tiende a empujar líquido hacia el interior es la presión coloidosmótica de las proteínas de la sangre menos la de las proteínas del líquido intersticial, o πc – πi. Esta fuerza depende del coeficiente de reflexión s, FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 55 Alvéolos E spacio alveolar 2 Intersticio Figura 4-11. Dos vías posibles para el líquido que sale de los capilares pulmonares. El líquido que entra en el intersticio inicialmente encuentra su camino en los espacios perivasculares y peribronquiales. El líquido más tardío atraviesa la pared alveolar, llenando los espacios alveolares. C apilar 1 P ared alveolar Bronquio Arteria E spacio perivascular que indica la eficacia de la pared capilar para evitar el paso de proteínas a través de ella. Así, salida neta de líquido = K[(Pc – Pi) – s (πc – πi)] donde K es una constante denominada coeficiente de filtración. Esto se denomina ecuación de Starling. Desgraciadamente, el uso práctico de esta ecuación es limitado ya que se desconocen muchos de los valores. La presión coloidosmótica en el interior del capilar es de unos 25 a 28 mm Hg. La presión hidrostática capilar se encuentra, probablemente, a medio camino con valores entre la presión arterial y la venosa, pero es muy superior en la base pulmonar y no tanto en el vértice. Se desconoce la presión coloidosmótica del líquido intersticial, pero es de unos 20 mm Hg en la linfa pulmonar. Sin embargo, este valor puede ser mayor que el del líquido intersticial que rodea los capilares. La presión hidrostática intersticial se desconoce, pero algunas medidas muestran que está muy por debajo de la presión atmosférica. Es probable que la presión neta de la ecuación de Starling sea hacia fuera, causando un pequeño flujo de linfa de unos 20 ml/h en los seres humanos en condiciones normales. ¿Dónde va el líquido cuando deja los capilares? La figura 4-11 muestra que el líquido que sale al intersticio de la pared alveolar atraviesa el espacio intersticial hasta los espacios perivascular y peribronquial dentro del pulmón. Numerosos linfáticos recorren los espacios perivasculares, y ayudan a transportar el líquido hacia los ganglios linfáticos hiliares. Además, la presión en estos espacios perivasculares es baja, con lo que se forma un sumidero natural para el drenaje de líquido (compárese con la fig. 4-2). La forma inicial del edema pulmonar 2 se caracteriza por la congestión de estos espacios peribronquiales y perivasculares, y se denomina edema intersticial. El índice de flujo linfático desde Para una explicación más extensa sobre el edema pulmonar, véase JB West, Fisiopatología pulmonar, 8.ª ed. Lippincott Williams & Wilkins. Barcelona, 2013. 2 56 CAPÍTULO 4 los pulmones aumenta considerablemente si la presión capilar está elevada durante un largo período. En una etapa más avanzada del edema pulmonar, el líquido puede atravesar el epitelio alveolar hacia los espacios alveolares (fig. 4-11). Cuando esto sucede, los alvéolos se llenan de líquido uno a uno y, como no están ventilados, no es posible oxigenación alguna de la sangre que pasa a través de ellos. Se desconoce qué es lo que hace que el líquido empiece a desplazarse al interior de los espacios alveolares, pero puede que esto suceda cuando se supera el máximo drenaje a través del espacio intersticial, y la presión allí ascienda en exceso. El líquido que alcanza los espacios alveolares se bombea activamente hacia el exterior por una bomba de sodio-potasio ATPasa en las células epiteliales. El edema alveolar es mucho más grave que el edema intersticial, a causa de la interferencia con el intercambio de gases en los pulmones. OTRAS FUNCIONES DE LA CIRCULACIÓN PULMONAR La principal función de la circulación pulmonar es desplazar sangre hacia y desde la membrana alveolocapilar, de forma que se produzca el intercambio de gases. Sin embargo, también tiene otras funciones importantes. Una de ellas es actuar como reserva de sangre. Ya observamos que el pulmón tiene una importante capacidad para reducir su resistencia vascular pulmonar cuando sus presiones vasculares aumentan a través del mecanismo de reclutamiento y distensión (fig. 4-5). Los mismos mecanismos permiten al pulmón aumentar su volumen de sangre con aumentos relativamente pequeños de las presiones pulmonares arterial o venosa. Es lo que sucede, por ejemplo, cuando una persona se tumba tras estar en pie. La sangre drena entonces desde las extremidades inferiores a los pulmones. Otra de las funciones de los pulmones es filtrar sangre. Pequeños trombos sanguíneos se eliminan de la circulación antes de que puedan llegar al cerebro o a otros órganos vitales. Muchos leucocitos son atrapados por los pulmones y liberados después, aunque no está claro el valor de esta acción. FUNCIONES METABÓLICAS DE LOS PULMONES Además del intercambio de gases, los pulmones tienen importantes funciones metabólicas, y diversas sustancias vasoactivas son metabolizadas por ellos (tabla 4-1). Dado que el pulmón es el único órgano, además del corazón, al que llega la circulación total, está característicamente adecuado para modificar sustancias transportadas por la sangre. Una fracción importante de todas las células endoteliales vasculares del organismo se localiza en los pulmones. Las funciones metabólicas del endotelio vascular se abordarán aquí sólo brevemente, ya que muchas quedan dentro del ámbito de la farmacología. El único ejemplo conocido de activación biológica por el paso a través de la circulación pulmonar es la conversión de la angiotensina I, un polipéptido relativamente inactivo, en angiotensina II, un vasoconstrictor potente. Esta última, que FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO Tabla 4-1. 57 Destino de las sustancias en la circulación pulmonar Sustancia Destino Péptidos Angiotensina I Angiotensina II Vasopresina Bradicinina Conversión en angiotensina II por ECA No se afecta No se afecta Inactivado hasta un 80 % Aminas Serotonina Noradrenalina Histamina Dopamina Casi totalmente eliminada Eliminada hasta un 30 % No se afecta No se afecta Metabolitos del ácido araquidónico Prostaglandinas E2 y F2α Prostaglandina A2 Prostaciclina (PGI2) Leucotrienos Casi totalmente eliminada No se afecta No se afecta Casi totalmente eliminada es hasta 50 veces más activa que su precursora, no se afecta por el paso a través de los pulmones. La conversión de la angiotensina I está catalizada por la enzima de conversión de la angiotensina (ECA), que se localiza en pequeñas fositas en la superficie de las células del endotelio capilar. Muchas sustancias vasoactivas se inactivan, parcialmente o completamente, durante el paso a través de los pulmones. La bradicinina se inactiva en gran medida (hasta un 80 %), y la enzima responsable es la ECA. Los pulmones son el principal punto de inactivación de la serotonina (5-hidroxitriptamina), aunque no por degradación enzimática, sino por un proceso de captación y almacenamiento (tabla 4-1). Parte de la serotonina puede transferirse a plaquetas en el pulmón, o almacenarse de algún otro modo y liberarse durante la anafilaxia. Las prostaglandinas E1, E2 y F2α también se inactivan en los pulmones, que es una fuente abundante de las enzimas responsables. La noradrenalina también es captada por los pulmones en cierta medida (hasta un 30 %). Parece que la histamina no se inactiva a su paso por el pulmón sano, pero sí cuando éste está afectado por alguna lesión. Algunas sustancias vasoactivas atraviesan los pulmones sin sufrir aumento ni pérdida significativos de actividad. Entre ellas, se encuentran la adrenalina, las prostaglandinas A1 y A2, la angiotensina II y la vasopresina (ADH). Diversas sustancias vasoactivas y broncoactivas se metabolizan en los pulmones, y pueden liberarse a la circulación en determinadas circunstancias. Son importantes entre ellas los metabolitos del ácido araquidónico (fig. 4-12). El ácido araquidónico se forma por la acción de la enzima fosfolipasa A2 sobre fosfolípidos unidos a las membranas celulares. Hay dos vías principales de síntesis, y las reacciones iniciales están catalizadas por las enzimas lipooxigenasa y ciclooxigenasa, respectivamente. La primera produce los leucotrienos, entre ellos el mediador descrito originalmente como sustancia de reacción lenta de la anafilaxia (SRS-A). Estos compuestos producen constricción de las vías respiratorias, y pue- 58 CAPÍTULO 4 F osfolípido unido a membrana F osfolipasa A 2 Ácido araquidónico Lipooxigenasa Leucotrienos Ciclooxigenasa Prostaglandinas, tromboxano A 2 Figura 4-12. Dos rutas del metabolismo del ácido araquidónico. Los leucotrienos se generan por la vía de la lipooxigenasa, mientras que las prostaglandinas y el tromboxano A2 lo hacen por la vía de la ciclooxigenasa. den desempeñar un papel importante en el asma3. Otros leucotrienos intervienen en respuestas inflamatorias. Las prostaglandinas son potentes vasoconstrictores o vasodilatadores. La prostaglandina E2 desempeña un papel importante en el feto, porque contribuye a relajar el conducto arterioso permeable. Las prostaglandinas también afectan a la agregación plaquetaria, y son activos en otros sistemas, como la cascada calicreínacinina de la coagulación. Pueden tener también un papel en la broncoconstricción del asma. También existen indicios de que los pulmones desempeñan un papel en el mecanismo de la coagulación sanguínea, en circunstancias normales y anómalas. Por ejemplo, existe un gran número de mastocitos que contienen heparina en el intersticio. Además, el pulmón puede secretar inmunoglobulinas especiales, sobre todo IgA, en el moco bronquial, que contribuye a su defensa frente a la infección. Las funciones pulmonares de síntesis comprenden la síntesis de fosfolípidos como la dipalmitoil fosfatidilcolina, que es un componente del agente tensioactivo pulmonar (v. cap. 7). También es claramente importante la síntesis de proteínas, porque el colágeno y la elastina constituyen la estructura de los pulmones. En algunas situaciones, se liberan, aparentemente, proteasas de leucocitos en los pulmones, que causan la escisión del colágeno y la elastina, lo que puede producir enfisema. Otra área importante es el metabolismo de los hidratos de carbono, especialmente la elaboración de mucopolisacáridos del moco bronquial. C ONCE PTOS C LAVE 1. Las presiones en la circulación pulmonar son muy inferiores a las de la circu- lación sistémica. Además, los capilares están expuestos a la presión alveolar, mientras que las presiones que rodean a los vasos extraalveolares son inferiores. Puede encontrar más detalles en JB West, Fisiopatología pulmonar, 8.ª ed. Lippincott Williams & Wilkins. Barcelona, 2013. 3 FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 59 2. La resistencia vascular pulmonar es baja, y desciende incluso más cuando 3. 4. 5. 6. aumenta el gasto cardíaco, a causa del reclutamiento y la distensión de los capilares. La resistencia vascular pulmonar aumenta con volúmenes pulmonares muy bajos o elevados. El flujo sanguíneo tiene una distribución desigual en el pulmón en posición vertical. Es mucho mayor en la base que en el vértice, a causa de la gravedad. Si la presión capilar es menor que la presión alveolar en el vértice pulmonar, los capilares se colapsan y no hay flujo sanguíneo (zona 1). Existe también un flujo sanguíneo desigual en cualquier punto del pulmón debido a variaciones aleatorias de los vasos sanguíneos. La vasoconstricción pulmonar hipóxica disminuye el flujo sanguíneo en regiones pulmonares mal ventiladas. La liberación de este mecanismo es muy responsable de un gran aumento de flujo sanguíneo hacia los pulmones al nacer. El desplazamiento de líquido a través del endotelio capilar está regido por el equilibrio de Starling. La circulación pulmonar tiene muchas funciones metabólicas, fundamentalmente la conversión de la angiotensina I en angiotensina II, por la acción de la enzima conversora de la angiotensina. CASO CLÍNICO U n varón de 24 años ingresa en el hospital tras sufrir una fractura pélvica y de fémur en un accidente de automóvil a alta velocidad. Durante la recuperación en planta después de la reparación quirúrgica de las fracturas, presentó dolor torácico de inicio repentino en el lado izquierdo y dificultad grave para respirar. Observó que el dolor era punzante y aumentaba con el movimiento, la tos o la respiración profunda, un fenómeno denominado dolor «pleurítico». Tenía una frecuencia cardíaca y una frecuencia respiratoria elevadas, pero una presión arterial normal y ausencia de datos anómalos en la auscultación pulmonar. La radiografía de tórax mostró una disminución de la trama vascular en el campo pulmonar izquierdo inferior. La TC con contraste intravenoso reveló una ausencia de flujo sanguíneo a todo el lóbulo inferior izquierdo, que era indicativa de embolia pulmonar (un coágulo en la arteria pulmonar). Entonces se realizó una ecocardiografía, que mostró una función normal del ventrículo derecho y sólo un pequeño aumento de la presión arterial pulmonar sistólica respecto al intervalo normal. • Si la circulación a todo el lóbulo inferior izquierdo estaba ocluida, ¿por qué la presión arterial pulmonar sólo aumentó un poco respecto al valor normal? • ¿Qué cabría esperar que sucediera con el flujo sanguíneo al vértice pulmonar derecho? • ¿Qué sucedería con la ventilación del espacio muerto y la ventilación alveolar? 60 CAPÍTULO 4 PR EG UNTAS Elija la mejor respuesta para cada pregunta. 1. El cociente entre la resistencia vascular sistémica total y la resistencia vascular pulmonar es, aproximadamente, de: A. 2:1 B. 3:1 C. 5:1 D. 10:1 E. 20:1 2. En los vasos extraalveolares pulmonares: A. La tensión en las paredes alveolares circundantes tiende a estrecharlos. B. Sus paredes contienen músculo liso y tejido elástico. C. Están expuestos a la presión alveolar. D. Su constricción, en respuesta a la hipoxia alveolar, se produce fundamentalmente en las venas. E. Su calibre disminuye por la insuflación pulmonar. 3. Un paciente con una afección vascular pulmonar presenta una presión arterial y una presión venosa medias de 55 y 5 mm Hg, respectivamente, y el gasto cardíaco es de 3 l/min. ¿Cuál será la resistencia vascular pulmonar, expresada en mm Hg/l por minuto? A. 0,5 B. 1,7 C. 2,5 D. 5 E. 17 4. El descenso de la resistencia vascular pulmonar con el esfuerzo se debe a: A. Disminución de la presión arterial pulmonar. B. Disminución de la presión venosa pulmonar. C. Aumento de la presión alveolar. D. Distensión de los capilares pulmonares. E. Hipoxia alveolar. 5. En una medición del gasto cardíaco utilizando el principio de Fick, las concen- traciones de O2 de la sangre venosa mixta y la sangre arterial son de 16 y 20 ml/100 ml, respectivamente, y el consumo de O2 es de 300 ml/min. El gasto cardíaco en l/min es: A. 2,5 B. 5 C. 7,5 D. 10 E. 75 FLUJO SANGUÍNEO Y METABOLISMO 61 6. En la zona 2 del pulmón: A. La presión alveolar supera a la presión arterial. B. La presión venosa supera a la presión alveolar. C. La presión venosa supera a la presión arterial. D. El flujo sanguíneo está determinado por la presión arterial menos la presión alveolar. E. El flujo sanguíneo no se afecta por la presión arterial. 7. La resistencia vascular pulmonar disminuye por: A. Extirpación de un pulmón. B. Respiración de mezcla con 10 % de oxígeno. C. Espiración desde la capacidad residual funcional al volumen residual. D. Aumento brusco de la presión venosa pulmonar. E. Ventilación pulmonar mecánica con presión positiva. 8. La vasoconstricción pulmonar hipóxica: A. Depende más de la Po2 de la sangre venosa mixta que del aire alveolar. B. Se libera en la transición desde la respiración a través de la placenta a la respiración de aire. C. Conlleva la captación de CO2 en la musculatura lisa vascular. D. Deriva en parte flujo sanguíneo desde regiones bien ventiladas a las zonas pulmonares afectadas. E. Aumenta al inhalar concentraciones bajas de óxido nítrico. 9. Si la presión en los capilares y en el espacio intersticial en el vértice pulmonar son de 3 mm Hg y 0 mm Hg, respectivamente, y las presiones coloidosmóticas de la sangre y el líquido intersticial son de 25 mm Hg y 5 mm Hg, respectivamente, ¿cuál es la presión neta, en mm Hg, que desplaza líquido a los capilares? A. 17 B. 20 C. 23 D. 27 E. 33 10. Las funciones metabólicas de los pulmones incluyen: A. Conversión de la angiotensina II en angiotensina I. B. Producción de bradicinina. C. Secreción de serotonina. D. Eliminación de leucotrienos. E. Generar eritropoyetina. 62 CAPÍTULO 4 11. Un varón de 45 años ingresa en el hospital con neumonía grave del lóbulo inferior derecho y recibe ventilación mecánica. Al segundo día del ingreso, su hipoxemia empeora y la repetición de la radiografía de tórax muestra un aumento de las opacidades en ambos pulmones. La gasometría revela un pH de 7,47 y una Po2 arterial de 55 mm Hg, mientras que la ecocardiografía muestra una función del ventrículo izquierdo y un tamaño de la aurícula izquierda normales, pero una presión arterial pulmonar sistólica considerablemente aumentada. ¿Cuál de los siguientes factores es probable que explique los datos obtenidos en esta ecocardiografía? A. Disminución de la Po2 alveolar. B. Disminución de la Po2 arterial. C. Disminución de la actividad del sistema nervioso simpático. D. Aumento del pH sanguíneo. E. Aumento de la presión venosa pulmonar. 12. Tras ingresar en la unidad de cuidados intensivos después de un infarto de miocardio grave, una mujer de 62 años tiene dificultad creciente para respirar. Las pruebas analíticas revelan una albúmina sérica de 4,1 mg/dl (normal > 4 mg/dl) y una Po2 arterial de 55 mm Hg, mientras que la radiografía de tórax muestra un corazón grande y opacidades bilaterales difusas, lo que es indicativo de edema pulmonar. Se lleva a cabo una ecocardiografía, que muestra dilatación del ventrículo izquierdo con disminución de la función sistólica, hipertrofia de la aurícula izquierda y aumento leve de la presión arterial pulmonar sistólica. ¿Cuál de los siguientes factores es más probable que explique la aparición de edema pulmonar en esta paciente? A. Disminución de la Po2 arterial. B. Disminución de la presión coloidosmótica. C. Aumento del drenaje linfático del intersticio pulmonar. D. Aumento de la presión hidrostática capilar pulmonar. E. Reclutamiento y distensión de los vasos sanguíneos pulmonares. RELACIÓN ENTRE VENTILACIÓN Y PERFUSIÓN CÓMO LAS RELACIONES ENTRE EL AIRE Y LA SANGRE DETERMINAN EL INTERCAMBIO DE GASES • Transporte de oxígeno desde el aire a los tejidos • Hipoventilación • Limitación de la difusión • Cortocircuito • Cociente ventilación-perfusión • Efecto de la alteración del cociente ventilación-perfusión de una unidad pulmonar • Intercambio regional de gases en el pulmón • Efecto del desequilibrio ventilación-perfusión en el intercambio global de gases • Distribuciones de los cocientes ventilación-perfusión • Desequilibrio ventilación-perfusión como causa de retención de CO2 • Medición del desequilibrio ventilación-perfusión 5 E ste capítulo está dedicado a la principal función de los pulmones, es decir, el intercambio de gases. En primer lugar, se considera un pulmón ideal teórico. A continuación, se revisarán tres mecanismos de hipoxemia: hipoventilación, limitación de la difusión y cortocircuito. Posteriormente, se presenta el difícil concepto de desequilibrio ventilación-perfusión y, para ilustrarlo, se describen las diferencias regionales de intercambio de gases en el pulmón humano en posición vertical. Examinaremos luego cómo el desequilibrio ventilación-perfusión altera el intercambio global de los gases. Se hace hincapié en que esto sucede así no sólo para el oxígeno, sino también para el dióxido de carbono. Se comentarán brevemente, a continuación, los métodos para medir el desequilibrio ventilación-perfusión. 63 64 CAPÍTULO 5 Hasta aquí, hemos considerado el desplazamiento del aire hacia y desde la membrana alveolocapilar, la difusión de gases a través de ella, y el desplazamiento de sangre hacia y desde la membrana. Sería natural suponer que, si todos estos procesos fueran adecuados, estaría asegurado un intercambio de gases normal en los pulmones. Desgraciadamente, no sucede así, porque el ajuste entre la ventilación y el flujo sanguíneo en varias regiones pulmonares es esencial para que se produzca un intercambio de gases adecuado. Realmente, el desequilibrio entre la ventilación y el flujo sanguíneo es responsable de la mayor parte del intercambio de gases defectuoso en las enfermedades pulmonares. Después de realizar un análisis preliminar de la transferencia normal de O2, examinaremos las principales razones por las cuales las personas presentan hipoxemia, es decir, una Po2 anormalmente baja en la sangre arterial. A continuación consideraremos tres causas relativamente simples de deterioro del intercambio de gases: hipoventilación, limitación de la difusión y cortocircuito, y luego analizaremos en mayor detalle el tema importante (pero difícil) de cómo las relaciones entre la ventilación y el flujo sanguíneo determinan el intercambio de gases. TRANSPORTE DE OXÍGENO DESDE EL AIRE A LOS TEJIDOS La figura 5-1 muestra cómo la Po2 desciende cuando el aire se desplaza de la atmósfera en la que vivimos a las mitocondrias, donde se utiliza. La Po2 del aire es de un 20,93 % de la presión total del aire seco (p. ej., excluyendo el vapor de agua). A nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 mm Hg, y a la temperatura cor- 150 PO 2 mm Hg Aire Pulmones y sangre 100 Perfecta 50 Hipoventilación Tejidos 0 Atmósfera Mitocondrias Figura 5-1. Esquema de las presiones parciales de O2 desde el aire a los tejidos. La línea continua muestra una situación perfecta hipotética, y la línea discontinua indica hipoventilación. La hipoventilación disminuye la PO2 en el aire alveolar y, por lo tanto, en los tejidos. RELACIÓN ENTRE VENTILACIÓN Y PERFUSIÓN 65 poral de 37 °C, la presión del vapor de agua del aire húmedo inspirado (que está totalmente saturado con vapor de agua) es de 47 mm Hg. Así, la Po2 del aire inspirado es de (20,93/100) × (760 – 47), o 149 mm Hg (150, redondeando). En la figura 5-1, se representa un pulmón perfecto hipotético, y muestra que en el momento en que el O2 ha llegado a los alvéolos, la Po2 ha descendido aproximadamente a 100 mm Hg es decir, un tercio. Esto es así porque la Po2 del aire alveolar está determinada por un equilibrio entre dos procesos: por un lado, la retirada del O2 por la sangre capilar pulmonar y, por otro, su continua reposición por la ventilación alveolar. (Estrictamente, la ventilación alveolar no es continua, sino respiración a respiración. Sin embargo, la fluctuación de la Po2 alveolar con cada respiración es sólo de unos 3 mm Hg, porque el volumen corriente es pequeño, en comparación con el volumen de aire de los pulmones, así que el proceso puede considerarse continuo.) La velocidad de retirada del O2 de los pulmones está dirigida por el consumo tisular de O2, y varía poco en situaciones de reposo. En la práctica, por lo tanto, la Po2 alveolar está fundamentalmente determinada por el nivel de ventilación alveolar. Lo mismo se aplica a la Pco2 alveolar, que normalmente es de unos 40 mm Hg. Cuando la sangre arterial sistémica alcanza los capilares tisulares, el O2 difunde hasta las mitocondrias, donde la Po2 es mucho menor. La Po2 «tisular» probablemente difiere considerablemente por todo el organismo y, en algunas células al menos, es de tan sólo 1 mm Hg. Sin embargo, el pulmón es un enlace esencial en la cadena del transporte de O2, y todo descenso de la Po2 en la sangre arterial debe producir una menor Po2 tisular, siendo otros valores iguales. Por los mismos motivos, la alteración del intercambio de gases en los pulmones causa un aumento de la Pco2. Aunque así es como tiene lugar el intercambio normal de gases, en algunas situaciones estos procesos se frustran y los pacientes presentan hipoxemia. Esto puede suceder por una de varias razones, que se denominan hipoventilación, cortocircuito, anomalía de la difusión y desequilibrio ventilación-perfusión. Cuatro causas de hipoxia • Hipoventilación. • Limitación de la difusión. • Cortocircuito. • Desequilibrio ventilación-perfusión. HIPOVENTILACIÓN Ya hemos observado que el nivel de Po2 alveolar está determinado por un equilibrio entre la velocidad de extracción de O2 por la sangre (que se establece por las demandas metabólicas de los tejidos) y la velocidad de reposición de O2 por la ventilación alveolar. Así, si la ventilación alveolar es anormalmente baja, la Po2 alveolar desciende. Por motivos similares, la Pco2 aumenta. Es lo que se conoce como hipoventilación (fig. 5-1). 66 CAPÍTULO 5 Entre las causas de hipoventilación se encuentran: fármacos como la morfina y los barbitúricos, que deprimen el impulso central hacia los músculos respiratorios; la lesión de la pared torácica o la parálisis de los músculos respiratorios, y una resistencia elevada a la respiración (p. ej., aire muy denso a gran profundidad bajo el agua). Algunas enfermedades, como la obesidad patológica, pueden provocar hipoventilación al afectar al impulso respiratorio central y la mecánica respiratoria. La hipoventilación siempre causa un aumento de la Pco2 alveolar y, por tanto, la arterial. La relación entre ventilación alveolar y Pco2 ya se mostró en la pág. 20 en la ecuación de la ventilación alveolar: Pco2 = . Vco2 . ×K VA . . donde Vco2 es la producción de CO2, VA es la ventilación alveolar y K es una constante. Esto significa que, si la ventilación alveolar se reduce a la mitad, la Pco2 se duplica, una vez establecida una situación estable. La relación entre el descenso de la Po2 y el aumento de la Pco2 que se produce en la ventilación puede calcularse a partir de la ecuación del aire alveolar, si conocemos la composición del aire inspirado y el cociente de intercambio respiratorio R. Este último viene dado por la relación producción de CO2/consumo de O2, y está determinado por el metabolismo de los tejidos en una situación estable. Se le conoce, a veces, como cociente respiratorio. Una forma simplificada de la ecuación del aire alveolar es: Pao2 = Pio2 – Paco2 R +F donde F es un pequeño facto