ventilación alveolar

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VENTILACIÓN ALVEOLAR
VENTILACIÓN ALVEOLAR
Pulse aquí para ver los objetivos docentes de este apartado
1. Definir el concepto de ventilación alveolar
2. Evaluación de la ventilación alveolar
3. Distribución de la ventilación alveolar
4. Espacios muertos y medidas
5. Indicar la composición de los gases alveolares y su determinación
6. Definir el concepto de presión parcial de un gas y el concepto de concentración fraccional,
aplicados al oxígeno y al anhídrido carbónico
7. Conocer los valores normales de PO 2 , PCO 2 , PN 2 , PH 2 0 en los diferentes tipos de aires
(atmosférico, inspirado, alveolar, espirado) y en sangre arterial y venosa.
8. Indicar los factores que pueden modificar la composición del gas alveolar
Si desea ver la parte gráfica interactiva de este apartado, pulse aquí y elija en aparato
respiratorio, este ítem.
LA VENTILACIÓN ALVEOLAR. CONCEPTO
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Figura 1. VENTILACIÓN ALVEOLAR.
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No todo el volumen de aire movilizado en la ventilación pulmonar llega al espacio alveolar
y del que llega, no todo se utiliza para el intercambio hemato alveolar. La explicación se
basa en que hay un espacio determinado por las vías de conducción cuyo aire nunca se utiliza para el
intercambio alvéolo-capilar, cuyo volumen se denomina VOLUMEN DEL ESPACIO ANATÓMICO
MUERTO (VEAM), y según las medidas realizadas representa unos 150 ml de los 500 ml del volumen
corriente. El volumen de este espacio se puede medir por el método de Fowler aunque se puede
estimar en 1 ml/450 g de peso corporal y varía con la edad (aumenta), el sexo, la actividad (aumenta)
y el volumen pulmonar (aumenta). (Figura 1)
Del aire que llega a los alvéolos, no todo se utiliza en el intercambio hematogaseoso, pues para que
éste sea efectivo se necesita que toda la superficie del espacio alveolar este perfectamente
perfundida por la sangre pulmonar. En condiciones normales unos 5 ml del volumen alveolar no
participa en dicho intercambio. A este volumen se le denomina VOLUMEN DEL ESPACIO
ALVEOLAR MUERTO (VEALVM) y puede variar si se altera la perfusión sanguínea alveolar.
A la suma de ambos volúmenes: VOLUMEN DEL ESPACIO ANATÓMICO MUERTO Y VOLUMEN DEL
ESPACIO ALVEOLAR MUERTO se le denomina VOLUMEN DEL ESPACIO FISIOLÓGICO MUERTO
(VEFM) y puede ser medido por el método de Boh. Con esta medida y considerando constante el
volumen del espacio anatómico muerto, podemos saber cuánto volumen alveolar participa realmente
en el intercambio hematogaseoso.
El volumen alveolar restante que participa en dicho intercambio es el volumen efectivo y referido a un
minuto es LA VENTILACIÓN ALVEOLAR, que siempre será menor que la VENTILACIÓN
PULMONAR.
La ventilación alveolar puede ser medida de forma indirecta y además, por efecto de la fuerza de la
gravedad se distribuye de forma diferente según las regiones pulmonares y la postura del sujeto.
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También puede modificarse por el metabolismo celular dado que éste modifica la PaCO2 y por tanto
afecta a la ecuación de la ventilación alveolar como hemos visto anteriormente. Así mismo, la
ventilación alveolar puede modificarse de forma voluntaria y por determinadas patologías.
La ventilación alveolar será uno de los factores responsables de las presiones parciales alveolares de
los gases respiratorios y por tanto del gradiente de presión alvéolo-capilar necesario para la difusión
de dichos gases a través de la superficie de intercambio hematogaseoso.
MEDIDA DEL ESPACIO ANATÓMICO MUERTO (MÉTODO DE FOWLER)
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Figura 2. MEDIDA DEL ESPACIO ANATÓMICO MUERTO (MÉTODO DE FOWLER)
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El método de Fowler (Figura 2) se basa en la premisa de que el aire contenido en las vías de
conducción y que constituye el volumen del espacio anatómico muerto, tiene la misma composición
que el aire inspirado y por tanto será pobre en CO2. Por ello, cuando espiramos el aire que sale
inicialmente y que corresponde al espacio anatómico muerto será pobre en CO2, cuando el CO2
empiece a aumentar será porque procede de la zona de transición entre las vías de conducción y el
espacio alveolar, y cuando alcance el valor máximo será porque procede totalmente del espacio
alveolar. Si medimos con un analizador rápido de CO2 la composición en CO2 del aire espirado y lo
representamos gráficamente frente a volumen espirado y trazamos una perpendicular, de forma que
el área a una lado y al otro de la recta sea la misma, el volumen que indica dicha perpendicular nos
dará el volumen del espacio anatómico muerto.
MEDIDA DEL ESPACIO FISIOLÓGICO MUERTO ( MÉTODO DE BOHR)
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Figura 3. MEDIDA DEL ESPACIO FISIOLÓGICO MUERTO (MÉTODO DE BOHR)
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aquí
El método de Bohr (Figura 3) para medir el volumen del espacio fisiológico muerto se basa en la
premisa de que todo el CO2 del aire espirado procede íntegramente del intercambio
hematogaseoso o aire alveolar intercambiable, por lo que el producto del volumen corriente por
la fracción de CO2 del aire espirado tendrá que ser igual al producto del volumen alveolar por la
fracción alveolar de CO2. Como el volumen del espacio fisiológico muerto hemos visto que es la
diferencia entre el volumen corriente y el volumen alveolar, basta que sustituyamos en esta segunda
ecuación los valores de la primera y despejemos la incógnita que en este caso es el VEFM.
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(1) Vc x FeCO2 = VA x FACO2 donde VA = (Vc x
FeCO2)/FACO2
(2) Vc = VA + Vefm
Donde Vefm = Vc - VA
Sustituimos VA en (2) y tenemos que Vefm =
Vc - (Vc x FeCO2)/FACO2 y nos queda:
Vefm = Vc x (FACO2 - FECO2)/FACO2
Para facilitar los cálculos y con base en las leyes
de los gases, la fracción de un gas es
proporcional a su presión parcial (PCO2 = FCO2 x
k), así podemos sustituir fracciones por
presiones parciales.
Vefm = Vc x (PACO2 - PECO2)/PACO2
Si además sustituimos la presión parcial alveolar
de CO2 por su presión parcial en arteria 1) se
simplifica la medida y sabiendo que:
PECO2 = (Pb - PH2O) x FECO2.
Vefm = Vc x (PaCO2 - PECO2)/PaCO2
VENTILACIÓN ALVEOLAR
TEMAS RELACIONADOS
• Mapa del aparato respiratorio.
• Aparato respiratorio.
• Morfofunción del aparato respiratorio.
• Fundamentos de aparato respiratorio.
• Funciones del aparato respiratorio.
• Mecánica ventilatoria.
MEDIDA INDIRECTA DE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR (ECUACIÓN DE LA
VENTILACIÓN ALVEOLAR)
Como el CO2 es un gas típicamente alveolar si medimos el volumen minuto de CO2 en el aire espirado
tendremos una idea muy aproximada del valor de la ventilación alveolar.
Ventilación alveolar = volumen minuto de CO2 (ml/min) / presión arterial de CO2 (mmHg) x
0.863
La constante 0,863 procede de la conversión necesaria entre las diferentes unidades de medida y es
igual a 760 x 310/273.
Esta ecuación es muy importante pues nos indica la relación entre la ventilación alveolar y la presión
parcial de carbónico en sangre, suponiendo una tasa constante de producción de carbónico
metabólico. Así, si la ventilación alveolar aumenta, disminuye el carbónico en sangre
(hiperventilación), mientras que si la ventilación disminuye el carbónico en sangre aumenta
(hipoventilación).
MODIFICACIONES DE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR
Son tres las causas que pueden modificar la ventilación alveolar:
1.
2.
3.
4.
La fuerza de la gravedad
El metabolismo celular
La acción voluntaria
Las patologías respiratorias
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DISTRIBUCIÓN REGIONAL DE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR DETERMINADA POR LA FUERZA
DE LA GRAVEDAD
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Figura 4. DISTRIBUCIÓN REGIONAL DE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR DETERMINADA POR LA FUERZA DE LA GRAVEDAD
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aquí
Ya vimos como en posición ortostática existe una regionalización de la compliancia pulmonar que
supone, en respiraciones eupnéicas, unas bases pulmonares con mayor capacidad distensible y por
tanto, mayor ventilación que los vértices.
La prueba experimental de las diferencias regionales en la ventilación se consigue mediante la
utilización de Xe radioactivo inhalado (Hugh-Jones). El xenón radioactivo es un gas insoluble que
inhalado y medido por contadores externos (cámara Anger de centelleo) nos indica buena ventilación
en aquellas regiones pulmonares donde aparezca una concentración elevada, y como se ve en la
figura 4, estas regiones coinciden con las bases pulmonares.
De acuerdo con los resultados, estando en posición ortostática o sentado la ventilación alveolar se
dirige inicialmente hacia las bases pulmonares, por ser éstas las que tienen mayor capacidad
distensible.
LOS GASES ALVEOLARES
DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS GASES RESPIRATORIOS
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Figura 5. DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS GASES RESPIRATORIOS.
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En el esquema podemos observar la composición de los gases en los
diferentes componentes del aparato respiratorio. Vemos que la
composición del aire inspirado varía con respecto a la del aire exterior
debido a que éste se diluye en el volumen de aire contenido en las vías
respiratorias, por lo que se produce un reajuste en las concentraciones
de cada uno de los gases. Igual ocurre con el aire espirado, donde el aire
procedente de los alvéolos se diluye en el aire contenido en las vías
aéreas por lo que se reajustan nuevamente las concentraciones de
dichos gases. (Ver tabla 1)
Si cambiamos de altitud cambia la presión barométrica y
consecuentemente las presiones parciales de sus gases, pero no las
fracciones de éstos ya que las concentraciones se mantienen constantes.
(FO2 = 0,21; FCO2 = 0,04). Mediante la ecuación Pgas = PB x Fgas
podemos calcular la presión parcial del gas, pero si consideramos la
saturación en vapor de agua (47 mm Hg), la ecuación anterior quedaría
así:
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Tabla 1. Concentración de los gases respiratorios.
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aquí
Pgas = (PB - 47) x Fgas . (La presión de vapor de agua, una vez saturada, depende sólo de la
temperatura y como el aire inspirado se satura dentro del aparato pulmonar, y la temperatura
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VENTILACIÓN ALVEOLAR
corporal la podemos considerar constante, su valor será constante).
La presión parcial de los gases respiratorios alveolares es un factor importante, porque define, junto
con la presión parcial en sangre, el gradiente de presión necesario para la difusión de dichos gases
por la membrana respiratoria. Pero la presión parcial de los gases alveolares varía continuamente en
función de:
1. la composición del gas inspirado;
2. la magnitud de la ventilación pulmonar;
3. el metabolismo celular.
Mientras que no cambiemos de altitud
o de mezcla gaseosa, la composición
del gas inspirado podemos
considerarlo un factor constante,
luego los cambios en la presión parcial
de los gases respiratorios en los
alvéolos dependerá de la ventilación y
del metabolismo celular, factores que
como veremos en la siguiente pantalla
se recogen en las denominadas
ecuaciones de los gases alveolares.
Que la presión parcial de los gases
respiratorios en los alvéolos se
modifica con la ventilación podemos
verlos en la figura 6. Observamos
como durante la inspiración/espiración
se va modificando continuamente los
valores de las presiones parciales
alveolares de oxígeno y carbónico. Y si
mantenemos la respiración la presión
parcial de oxígeno cae continuamente,
mientras que la del carbónico sube
continuamente, debido al
metabolismo celular.
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Figura 6. Presión parcial de los gases respiratorios y la ventilación alveolar.
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aquí
ECUACIONES DE LOS GASES ALVEOLARES
Las ecuaciones indicadas son conocidas como ecuaciones alveolares de los gases (Figura 7).
En reposo un adulto consume alrededor de 250 a 300 ml/min de O2 (VO2) y produce alrededor de 200
a 250 ml/min. de CO2 (VCO2).
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La constante 0,863 procede de la
conversión necesaria entre las
diferentes unidades de medida (de
condiciones STPD a BTPS) y es igual a
760 x 310/273 2)).
La razón entre el CO2 producido y el O2
consumido se denomina cociente de
intercambio respiratorio (R). En
condiciones uniformes se suele utilizar
el término de cociente
respiratorio(RQ), que depende
íntegramente del metabolismo celular
(combustión química de los
nutrientes) (RQ para carbohidratos
sólo: 1,0; para proteínas sólo: 0,81 y
para grasas sólo de 0,7), como se
suele oxidar una mezcla de éstos el
QR es de 0,82. Aunque este valor se
mantenga si no cambia el
metabolismo, si cambia la respiración
se modifican los valores de O2 y CO2
debidos al refresco alveolar, así
aunque RQ siga siendo 0,82, R puede
ser de 1,4.
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Figura 7. Ecuación de los gases alveolares.
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aquí
Teniendo en cuenta R (VCO2 / VO2) podemos re definir la ecuación de los gases alveolares en una
única ecuación:
PAO2 = PIO2 - (PACO2 / R)
R < 1 (0,8 a 0,85). Para uso clínico PACO2 = PaCO2 (más fácil de medir). La PIO2 es conocida (150 mm
Hg al nivel del mar) y la PAO2 puede ser calculada.
Otra expresión es la de COEFICIENTE DE EXTRACCIÓN DE O2 : cantidad de oxígeno usado / por
cantidad de oxígeno inspirado, expresado en porcentaje.
VO2 /(VI x FIO2) x 100
En reposo el coeficiente de extracción es de un 15 a 20%, lo que indica que poco del oxígeno que
entra es usado, siendo una reserva alveolar de O2.
MODIFICACIONES EN LOS GASES ALVEOLARES
Aunque la composición del gas alveolar es muy constante en condiciones estables, sin embargo
puede variar en determinadas situaciones fisiológicas. Los factores modificadores son:
1. Cambio de posición, baja la PACO2 y sube la PAO2
1. Fase digestiva. La producción de ácido clorhídrico provoca liberación de H+ que fija CO2 circulante
generando una alcalosis metabólica que hace subir el PACO2. Durante la fase de secreción biliar,
ésta presión disminuye.
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1. Régimen alimenticio. El régimen vegetariano eleva la PACO2, mientras que el cárnico la baja.
1. El ciclo menstrual y embarazo. La PACO2 alcanza su máximo en la ovulación y el mínimo justo
antes de la menstruación. El embarazo determina una importante hipocapnia.
1. Sueño y anestesia. Aumenta la PACO2 y disminuye la PAO2.
1. Lenguaje hablado. Disminuye la PACO2 y aumenta la PAO2, depende de la longitud de las frases y
la intensidad de la voz.
1. Ejercicio. Si es moderado la PACO2 aumenta ligeramente. Si es fuerte, la producción de ácido
láctico determina una acidosis metabólica que determina una hiperventilación y por tanto una
hipocapnia.
1. Exposición a la altitud. Es la más importante. La PAO2 baja proporcionalmente a la disminución de
la presión barométrica. La hiperventilación provocada supone una disminución importante de la
PACO2. A 4500 metros y antes de la adaptación, que no supone una restauración de los valores
originales alveolares, la PAO2 es de 43 torr y la PACO2 de 33 torr.
1. Hipoventilación, supone una disminución en la restitución de oxígeno alveolar y una disminución
en la retirada del CO2 alveolar. Disminuye PAO2 y la PaO2, no obstante la saturación de O2 por la
oxihemoglobina no baja tanto. Se acumula CO2, lo que aumenta la PACO2 y la PaCO2,
determinando la aparición de una acidosis respiratoria, que origina hipercapnia dando lugar a
cefalea, somnolencia, confusión mental, debilidad e irritabilidad. Una PaCO2 de 44 mmHg indica
una hipoventilación.
1. Hiperventilación, supone una disminución de la PACO2 y PaCO2, causando hipocapnia y alcalosis
respiratoria, lo cual origina cefalea, fatiga, entumecimiento y hormigueo en las manos, pies y
labios, e incapacidad para concentrarse. Respecto a la PAO2 y la PaO2, la aumenta, no obstante
estos cambios no influyen mucho dado que en reposo la sangre arterial está casi saturada de O2
(97,4%).
—-
REFERENCIAS WEB RECOMENDADAS
●
Ventilación alveolar.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS RECOMENDADAS
●
PCO/,2,/ Y VENTILACIÓN ALVEOLAR
RECURSOS DOCENTES
●
ACCESO A LA WEB-HUMAN PHYSIOLOGY TEACHING SIMULATION
ventilación alveolar, gases respiratorios, gases alveolares, VOLUMEN DEL ESPACIO ANATÓMICO
MUERTO, VOLUMEN DEL ESPACIO ALVEOLAR MUERTO, VOLUMEN DEL ESPACIO FISIOLÓGICO MUERTO,
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método de Fowler, método de Bohr, ECUACIÓN DE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR, ecuaciones alveolares
de los gases, COEFICIENTE DE EXTRACCIÓN DE OXÍGENO, cociente de intercambio respiratorio,
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digestiva, sueño, cambio de posición, régimen alimenticio, hiperventilación, hipoventilación, lenguaje,
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Valoración
PRIMERA LEY DE DALTON La presión parcial de un gas es la presión que ejerce dicho gas en un
volumen como consecuencia de su concentración y de forma independiente, al resto de los gases de
la mezcla
2)
En una mezcla gaseosa, la presión total será la suma de las presiones parciales de todos sus
componentes. Así, la presión barométrica será consecuencia de la suma de las presiones parciales de
todos sus gases. Luego para medir la presión parcial de cualquier gas de la mezcla, basta con
multiplicar la presión barométrica por la concentración o fracción de dicho gas: Pgas = Pb x Fgas
Ahora bien, la presión de un gas en una mezcla gaseosa depende de las condiciones de medida, ya
que factores como la temperatura, vapor de agua y presión influyen. Como las condiciones pueden
variar, éstas se clasifican en tres: (STPD)(condiciones estándar) : Volumen medido a 0ºC (273 ºK), 760
mm Hg de presión y seco. (BTPS)(condiciones pulmonares): Volumen medido a 37ºC (310ºK), presión
ambiental y saturado de agua. (ATPS)(condiciones ambientales): Volumen medido a temperatura
ambiente, presión ambiente y saturado de agua. Las fórmulas de conversión son:
1)
El volumen de la VA se mide en condiciones BTPS (espirómetro) mientras que el volumen de gas se
mide en condiciones estándar(STPD). Para estas condiciones y utilizando la ecuación de conversión
correspondiente sale una constante para el nivel del mar igual a 863 (mm Hg
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