Volumenes Pulmonares

DETERMINACION DE LOS VOLUMENES Y CAPACIDADES PULMONARES
Dr. Juan José Rodríguez Moncalvo
(Publicado por gentileza de la Sociedad de Tisiología y Neumonología de la Provincia de Buenos Aires)
A continuación de definen los volúmenes y capacidades pulmonares así como los más importantes mecanismos
fisiológicos que los determinan. En el texto se utilizan abreviaturas inglesas debido a que son universalmente
aceptadas en la literatura.
 Volúmenes
Volumen corriente (TV):
Es el volumen de aire inspirado y espirado durante cada ciclo respiratorio normal.
Volumen de reserva inspiratoria (IRV):
Es el máximo volumen de aire que puede ser inspirado desde el fin de una inspiración a volumen corriente.
Volumen de reserva espiratoria (ERV):
Es el máximo volumen de aire que puede ser espirado desde el fin de una espiración a volumen corriente.
Volumen residual (RV):
Es el menor volumen de aire remanente en los pulmones luego de una espiración máxima.
 Capacidades: La suma de dos o más volúmenes genera las diferentes capacidades pulmonares.
Capacidad pulmonar total (TLC):
Es el volumen de aire contenido dentro de los pulmones luego de una inspiración máxima (IC + FRC o VC + RV).
Capacidad vital (VC):
Es el máximo volumen de aire que puede ser espirado luego de una inspiración a capacidad pulmonar total (IRV + VT
+ ERV o IC + ERV)
Capacidad inspiratoria (IC):
Es el máximo volumen de aire que puede ser inspirado desde el fin de una espiración a volumen corriente (VT + IRV).
Capacidad residual funcional (FRC):
Es el volumen de aire contenido en los pulmones luego de una espiración normal a volumen corriente (ERV + RV).
Los volúmenes pulmonares y sus subdivisiones están determinados por la interacción entre las fuerzas elásticas del
pulmón y de la caja torácica que pueden actuar en forma sinérgica u opuesta a diferentes volúmenes torácicos. En los
sujetos normales en reposo FRC representa la posición mecánicamente neutra del sistema respiratorio, lo que implica
que la fuerza de retracción elástica pulmonar (positiva) y de expansión elástica del tórax (negativa) se encuentran en
equilibrio. En adultos normales el valor de FRC es de aproximadamente el 50% de TLC. En pacientes con obstrucción
al flujo áereo (asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), enfisema pulmonar), FRC se encuentra
usualmente aumentado como resultado de la alteración de la relación presión-volumen del sistema respiratorio, de
manera tal que el balance neutro de las presiones de retroceso y expansión elástica se produce a un mayor volumen
(hiperinsuflación estática). Cuando FRC es medido en condiciones dinámicas (ejercicio, hiperventilación) el volumen
obtenido se denomina FRC dinámico o volumen pulmonar de fin de espiración (EELV). En sujetos normales EELV y
FRC puede ser semejantes, pero en pacientes con obstrucción al flujo áereo en condiciones de ejercicio creciente
EELV es mayor que FRC debido al progresivo atrapamiento aéreo que se genera en esta situación.
A TLC también ocurre un balance neutro de fuerzas opuestas. A TLC la presión de retroceso elástico del sistema
respiratorio (pulmón y caja torácica) es balanceada por la fuerza máxima de los músculos inspiratorios para expandir
el tórax. En pacientes con distensibilidad pulmonar reducida (fibrosis pulmonar) este balance se alcanza a un menor
volumen con lo cual TLC está disminuida. En esta situación la ventaja mecánica (fuerza expansora) de los músculos
inspiratorios es mayor que a TLC normal, pero también la presión de retroceso elástico pulmonar es mayor que la
esperada para ese volumen pulmonar. La situación opuesta se produce en el enfisema, en el que la distensibilidad
pulmonar es mayor a la normal y los pulmones pueden ser hiperinsuflados (TLC aumentada) por los músculos
inspiratorios a favor una menor presión de retroceso elástico pulmonar.
En los sujetos normales la posición de RV es dependiente del balance neutro de las fuerzas de expansión elástica del
sistema respiratorio y la fuerza contráctil de los músculos espiratorios (esencialmente la musculatura de la "prensa
abdominal"). En pacientes con obstrucción al flujo aéreo (asma, EPOC), el cierre dinámico precoz de la vía aérea
durante la espiración a volúmenes pulmonares menores a FRC (volumen de cierre) limita la deflación pulmonar y
determina un incremento anormal de RV y del cociente RV/TLC.
Los volúmenes pulmonares pueden ser modificados por los cambios posturales. En sujetos sanos puede observarse
una pequeña disminución en FRC y VC (no mayor a 200 ml) debidos al efecto gravitacional del contenido abdominal
que reduce el volumen pulmonar de relajación. Sin embargo, el efecto de la postura corporal es importante para
evaluar el compromiso ventilatorio restrictivo originado en la disfunción diafragmática; en efecto, la parálisis
diafragmática (especialmente si es bilateral) puede generar en posición supina una disminución del 25% de la VC con
respecto a la obtenida con el paciente sentado.
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La figura 1 muestra volúmenes y capacidades con sus más importantes factores mecánicos determinantes.
Figura 1
METODOS HABITUALMENTE UTILIZADOS PARA MEDIR LOS VOLUMENES PULMONARES ESTATICOS
Debido a que con un espirómetro no pueden determinarse FRC, RV ni TLC, se recurre a métodos específicos para
medir estos volúmenes y capacidades. Cualquiera sea el método empleado el objetivo es medir FRC. Luego,
conociendo IC, VC o ERV mediante mediciones espirométricas inmediatamente relacionadas a la determinación de
FRC, se pueden calcular los diferentes volúmenes y capacidades, por ejemplo: FRC + IC = TLC, y luego, TLC - VC =
RV, o FRC - ERV = RV, etc.
 Dilución de gases
Estos métodos se basan en la dilución de un gas fisiológicamente inerte (pobremente soluble en la sangre capilar y
tejidos pulmonares), y miden esencialmente el gas torácico comunicado con la vía aérea. Los métodos más
comúnmente empleados basados en este principio son: la dilución de helio (He) en circuito cerrado y el lavado de
nitrógeno (N) en circuito abierto.
1. Dilución de He
Se basa en la ley física de "conservación de masa": si una concentración conocida (C1) de un gas trazador (en este
caso He) contenido en un volumen inicial conocido (V1) es diluido en un nuevo volumen desconocido (V2), este último
volumen puede ser calculado utilizando la determinación de la concentración (C2) del gas trazador en la dilución
(C1xV1 = C2xV2). En este método el paciente respira repetidamente a FRC en un circuito cerrado (se aporta al
circuito el O2 consumido y se remueve el CO2 producido) desde un reservorio con un volumen inicial conocido (V1)
conteniendo una concentración determinada de helio (C1). Mientras el sujeto respira agregando volumen al circuito el
He se diluye progresivamente, y cuando alcanza la concentración de equilibrio (C2) en el nuevo volumen del circuito
(V2= V1 + FRC + espacio muerto (VD) del sistema), el volumen pulmonar desconocido (FRC) puede ser calculado.
2. Lavado de nitrógeno:
Se basa en el principio concentración-dilución igual que el método anterior (C1xV1 = C2xV2). En este caso el sujeto
respira normalmente en un circuito abierto inhalando oxígeno 100% a través de una válvula de flujo unidireccional
mientras que el volumen del aire exhalado con el nitrógeno (N) contenido inicialmente en el volumen pulmonar es
recolectado (diluido) en una bolsa de Douglas o medido electrónicamente (la maniobra continúa hasta que la
concentración de N en el aire espirado sea menor al 2% o hasta que se haya prolongado más de 7 minutos).
Asumiendo el valor inicial de la concentración de N en los pulmones (C1 = 0.81 considerando la tasa de eliminación
desde la sangre y los tejidos) y midiendo la cantidad total de nitrógeno lavado (C2xV2), puede calcularse el volumen
de gas pulmonar conteniendo N al inicio de la maniobra (V1=FRC) de la siguiente manera: FRC = C2xV2/C1.
 Pletismografía corporal:
Es el método más exacto y considerado de referencia. Mide el volumen de gas compresible dentro del tórax,
comunicado o no comunicado con la vía aérea. De esta manera se incluyen en la medición quistes o bullas
escasamente ventiladas y que por lo tanto no pueden ser adecuadamente mensuradas por dilución de gases o lavado
de nitrógeno. El pletismógrafo es una cámara rígida en la que se introduce el sujeto a estudiar, requiriéndose la
determinación del flujo áereo y los volúmenes dinámicos mediante un neumotacógrafo, y una válvula de cierre rápido
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de la vía aérea (shutter) que permite medir la presión en la boca del paciente como reflejo de la presión alveolar. El
principio operativo básico del pletismógrafo es la ley de Boyle, que establece que el producto presión x volumen (PxV)
de un gas es constante en condiciones isotérmicas independientemente de los cambios que pudieran producirse los
términos del producto (P1xV1 = P2xV2, a temperatura constante). De esta manera, durante el esfuerzo respiratorio
continuo del paciente (jaedo o "panting") contra la válvula cerrada en la vía aérea, los cambios del producto PxV en el
sistema respiratorio son cuantificados por los cambios recíprocos del producto PxV producidos dentro de la cámara
pletismográfica. El volumen de gas torácico compresible obtenido con esta maniobra al fin de una espiración normal
es denominado FRC pletismográfico o TGV (thoracic gas volume).
Los cambios en el volumen torácico que acompañan la compresión y descompresión del aire alveolar durante las
maniobras de jadeo, pueden ser estudiados empleando tres modelos de pletismógrafo que respectivamente miden: 1.
cambios de presión generados dentro de una cámara de volumen constante conocido (son los llamados
pletismógrafos de presión variable y los más comúnmente utilizados); 2. cambios de volumen generados dentro de
una cámara a presión constante (pletismógrafos de desplazamiento de volumen); y 3. cambios de flujo en una cámara
de presión constante (pletismógrafo de flujo). Algunos modelos de pletismógrafo permiten efectuar más de una estas
técnicas de determinación con el mismo equipo.
 Técnicas radiologicas:
Miden el volumen intratorácico. Para ello se utiliza la imagen pulmonar visible en la radiografía de tórax (frente y perfil)
o en la tomografía computarizada, reconstruyéndose el volumen pulmonar a partir de una serie de cortes elípticos de
la imagen (técnica de la elipse). El cálculo incluye la sustracción del volumen del corazón y se asume el volumen de
tejidos y vasos sanguíneos. El método muestra buena correlación con las mediciones fisiológicas en sujetos sanos
pero ha sido escasamente explorado en enfermos.
 Diferencias entre los métodos
Dilución de gases. Esta técnica infraestima el volumen pulmonar en pacientes con obstrucción al flujo aéreo debido a
que las área pulmonares pobre o escasamente ventiladas no logran equilibrar adecuadamente el He o lavar
completamente el N (áreas de cociente V/Q bajo). En general cuando más severa es la obstrucción al flujo aéreo
mayor es la infraestimación del volumen pulmonar, lo que ocurre especialmente en el enfisema severo y en presencia
de bullas o quistes aéreos. Cuando existe obstrucción al flujo aéreo el procedimiento suele ser más prolongado (15 a
20 minutos) debido a que las áreas hipoventiladas necesitan más tiempo para que se produzca el equilibrio de los
gases.
Pletismografia. En pacientes con severa obstrucción al flujo aéreo la medición del volumen de gas torácico puede
estar sobrestimada. Ello se debe a mayores cambios dinámicos de la vía aérea superior durante el "panting" en
presencia de una resistencia incrementada en la vía aérea, con lo que la presión en la boca no es fielmente
representativa de la presión alveolar. Este error puede ser minimizado realizando el jadeo a baja frecuencia (< a 1Hz).
Radiología. Debido a que para medir el volumen pulmonar se sustrae el volumen de tejido y vasos sanguíneos
mediante un nomograma, el volumen pulmonar puede sobrestimarse en la enfermedad cardíaca e intersticial. La
distorsión de la caja torácica (cifoescoliosis) también puede conducir a errores importantes.
ELEMENTOS PARA LA INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS
En la figura 2 se observa el patrón normal de volúmenes y sus alteraciones más habituales.
 Trastorno funcional restrictivo:
Su diagnóstico implica TLC disminuida (< 80% del teórico). Usualmente se asocia a disminución de VC con cociente
FEV1/VC normal o aumentado. Cuando la causa de la restricción es intrapulmonar (fibrosis, consolidación) RV suele
estar normal o levemente disminuido, mientras que la incapacidad ventilatoria restrictiva originada en la debilidad de
los músculos respiratorios (miastenia gravis, miopatía) se caracteriza por RV conservado o elevado con RV/TLC
aumentado sin que ello implique obstrucción al flujo aéreo. La deformidad de la caja torácica (cifoescoliosis), el
engrosamiento pleural y la fibrosis pulmonar avanzada, suelen mostrar RV disminuido.
 Trastorno funcional obstructivo:
La hiperinsuflación pulmonar se define por el aumento de TLC (> 120% del téorico). Usualmente FRC, RV y el
cociente RV/TLC están aumentados indicando atrapamiento áereo, el cual puede o no estar asociado a la
hiperinsuflación pulmonar. Cuando el compromiso obstructivo es severo, VC y IC suelen estar disminuidos.
 Trastorno funcional restrictivo y obstructivo (mixto):
Este patrón funcional esta dado por la combinación de patologías tales como EPOC y fibrosis pulmonar. Así, puede
observarse un defecto ventilatorio restrictivo (TLC reducida) asociado a la disminución de flujos espiratorios (cociente
FEV1/VC disminuido) con RV y RV/TLC aumentados por atrapamiento aéreo. Cuando el atrapamiento aéreo
predomina sobre la fibrosis, TLC puede estar en rango normal asociado a VC disminuida y RV elevado.
INDICACIONES Y UTILIDAD DE LA MEDICION DE LOS VOLUMENES PULMONARES
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Establecer el diagnóstico de un trastorno funcional ventilatorio restrictivo
Establecer el diagnóstico de un compromiso funcional obstructivo-restrictivo (mixto)
Evaluar la respuesta al tratamiento en pacientes con restricción y obstrucción (seguimiento con TLC)
Evaluar la respuesta a los broncodilatadores mediante disminución de la resistencia al flujo aéreo (Raw) y/o del
atrapamiento áereo (disminución de RV y cociente RV/TLC)
Estudiar los criterios funcionales utilizados para indicar la cirugía de reducción volumétrica pulmonar
Determinar de manera más exacta el grado de severidad del compromiso funcional respiratorio.
Complementar la interpretación de otras pruebas de función pulmonar
140
% teórico TLC
120
IC
100
80
ERV
IC
IC
60
40
IC
FRC
ERV
FRC
20
RV
ERV
FRC
ERV
FRC
RV
RV
RV
0
NORMAL
OBST RUCT IVO
REST RICT IVO
DEBILIDAD MUSCULAR
MIXT O
LECTURAS RECOMENDADAS:
 Du Bois AB. et al A Rapid Plethysmographic Method for Measuring Thoracic Gas Volume: a Comparison with a
Nitrogen Washout Method for Measuring Functional Residual Capacity in Normal Subjects. J. Clin. Invest 1955;
35 :322-326.
 Irvin CG. Lung Volumes. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine 1998;19,nº4:325-334
 Gibson GJ. Lung Volumes and Elasticity. Pulmonary Function Testing. In Clinics in Chest Medicine 2001 ;22,
nº4:623-635
 Gibson GJ. Test of Mechanical Function. In Clinical Test of Respiratory Function. Second Edition. Chapman and
Hall Medical 1996.
 Coates AL .et al Measurement of Lung Volumes by Plethysmography.. Eur. Respir. J 1997 ;10 :1415-1427.
 Hankinson JL. et al Reproducibility of lung volume measurements.. Eur. Respir. J. 1998 :11 :787 – 790.
Dr. Juan José Rodríguez Moncalvo
Especialista en Medicina Respiratoria
Jefe del Laboratorio Pulmonar del Hospital de Rehabilitación Respiratoria María Ferrer
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