ENSAYO FISIOLOGÍA PULMONAR
                             Diplomado en Aeromedicina y cuidados críticos

A.   INTRODUCCIÓN

     El sistema pulmonar existe en el nivel más básico para facilitar el intercambio de gases del aire ambiental al sistema circulatorio. Aspiramos oxígeno, que se difunde en la sangre para la circulación sistémica y, en última instancia, produce ATP para su uso como energía a nivel celular, y exhalamos dióxido de carbono junto con otros subproductos metabólicos del cuerpo. Este proceso es facilitado por los órganos del tracto respiratorio, que incluyen la nariz, garganta, laringe, tráquea, bronquios y pulmones. Los pulmones se dividen en cinco lóbulos separados, dos a la izquierda y tres a la derecha. Cada lóbulo está formado por pequeños sacos de aire llamados alvéolos. Es en la superficie de los alvéolos donde ocurre la difusión del aire hacia las arteriolas pulmonares.

B.   DESARROLLO DEL TEMA

I. VENTILACIÓN PULMONAR

Las funciones principales de la respiración son proporcionar oxígeno a los tejidos y retirar el dióxido de carbono. Los cuatro componentes principales de la respiración son: 1) ventilación pulmonar, que se refiere al flujo de entrada y salida de aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares; 2) difusión de oxígeno (O2 ) y de dióxido de carbono (CO2 ) entre los alvéolos y la sangre; 3) transporte de oxígeno y de dióxido de carbono en la sangre y los líquidos corporales hacia las células de los tejidos corporales y desde las mismas, y 4) regulación de la ventilación y otras facetas de la respiración.

1.    MECANICA DE LA VENTILACION PULMONAR
1.1 Músculos asociados a la expansión y contracción pulmonar

Los pulmones se pueden expandir y contraer de dos maneras: 1) mediante el movimiento hacia abajo y hacia arriba del diafragma para alargar o acortar la cavidad torácica, y 2) mediante la elevación y el descenso de las costillas para aumentar y reducir el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica. Durante la inspiración la contracción del diafragma tira hacia abajo de las superficies inferiores de los pulmones. Después, durante la espiración el diafragma simplemente se relaja, y el retroceso elástico de los pulmones, de la pared torácica y de las estructuras abdominales comprime los pulmones y expulsa el aire. (Figura 1)

FIGURA 1 Contracción y expansión de la caja torácica durante la espiración y la inspiración, que muestra la contracción diafragmática, la función de los músculos intercostales, y la elevación y el descenso de la caja costal. AP, anteroposterior. Guyton & Hall. Fisiología Medica 13Ed. 2016.

Los músculos más importantes que elevan la caja torácica son los intercostales externos, aunque otros músculos que contribuyen son: 1) los músculos esternocleidomastoideos, que elevan el esternón; 2) los serratos anteriores, que elevan muchas de las costillas, y 3) los escalenos, que elevan las dos primeras costillas. Los músculos que tiran hacia abajo de la caja costal durante la espiración son principalmente 1) los rectos del abdomen, que tienen el potente efecto de empujar hacia abajo las costillas inferiores al mismo tiempo que ellos y otros músculos abdominales también comprimen el contenido abdominal hacia arriba contra el diafragma, y 2) los intercostales internos.

    1.2 Presiones de Movimiento y entrada de aire pulmonar

El pulmón es una estructura elástica que se colapsa como un globo y expulsa el aire a través de la tráquea siempre que no haya ninguna fuerza que lo mantenga insuflado, este “flota” en la cavidad torácica, rodeado por una capa delgada de líquido pleural que lubrica el movimiento de los pulmones en el interior de la cavidad.

PRESIÓN PLEURAL: Es la presión del líquido que está en el espacio entre la pleura pulmonar y la pleura de la pared torácica,  al comienzo de la inspiración es de aproximadamente –5 cmH2O, que es la magnitud de la aspiración necesaria para mantener los pulmones expandidos hasta su nivel de reposo. Durante la inspiración normal, la expansión de la caja torácica tira hacia fuera de los pulmones con más fuerza y genera una presión más negativa, hasta un promedio de aproximadamente –7,5 cmH2O. Después, durante la espiración, se produce esencialmente una inversión de estos fenómenos.

PRESION ALVEOLAR: Es la presión del aire en el interior de los alvéolos pulmonares. Cuando la glotis está abierta y no hay flujo de aire hacia el interior ni el exterior de los pulmones, las presiones en todas las partes del árbol respiratorio, hasta los alvéolos, son iguales a la presión atmosférica, que se considera que es la presión de referencia cero en las vías aéreas (es decir, presión de 0 cmH2O). Para que se produzca un movimiento de entrada de aire hacia los alvéolos durante la inspiración, la presión en los alvéolos debe disminuir hasta un valor ligeramente inferior a la presión atmosférica (debajo de cero). Durante la inspiración normal la presión alveolar disminuye hasta aproximadamente – 1 cmH2O. Esta ligera presión negativa es suficiente para arrastrar 0,5 l de aire hacia los pulmones en los 2 s necesarios para una inspiración tranquila normal. Durante la espiración, la presión alveolar aumenta hasta aproximadamente +1 cmH2O, lo que fuerza la salida del 0,5 l de aire inspirado desde los pulmones durante los 2 a 3 s de la espiración.

PRESION TRANSPULMONAR: Es la diferencia entre las presiones alveolar y pleural .Esta es una medida de las fuerzas elásticas de los pulmones que tienden a colapsarlos en todos los momentos de la respiración, denominadas presión de retroceso.

   1.3 Distensibilidad de los pulmones

El volumen que se expanden los pulmones por cada aumento unitario de presión transpulmonar (si se da tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio) se denomina distensibilidad pulmonar. La distensibilidad pulmonar total de los dos pulmones en conjunto en el ser humano adulto normal es en promedio de aproximadamente 200 ml de aire por cada cmH2O de presión transpulmonar.

Las fuerzas elásticas que permiten la distensibilidad pulmonar se dividen en dos partes: 1) fuerzas elásticas del tejido pulmonar en sí mismo determinadas principalmente por fibras de elastina y colágeno entrelazadas entre sí en el parénquima pulmonar, y 2) fuerzas elásticas producidas por la tensión superficial del líquido que tapiza las paredes internas de los alvéolos y de otros espacios aéreos pulmonares.

    1.4 Surfactante, tensión superficial y colapso de los alvéolos

Cuando el agua forma una superficie con el aire, las moléculas de agua de la superficie del agua tienen una atracción especialmente intensa entre sí.  En consecuencia, la superficie del agua siempre está intentando contraerse, lo que tiende a expulsar el aire de los alvéolos a través de los bronquios y, al hacerlo, hace que los alvéolos intenten colapsarse. El efecto neto es producir una fuerza contráctil elástica de todo el pulmón, que se denomina fuerza elástica de la tensión superficial.

El surfactante es un agente activo de superficie en agua, lo que significa que reduce mucho la tensión superficial del agua. Es secretado por células epiteliales especiales secretoras de surfactante denominadas células epiteliales alveolares de tipo II, que constituyen aproximadamente el 10% del área superficial de los alvéolos. Estas células son granulares y contienen inclusiones de lípidos que se secretan en el surfactante hacia los alvéolos. El surfactante es una mezcla compleja de varios fosfolípidos, proteínas e iones., es responsable de la reducción de la tensión superficial. Realiza esta función porque no se disuelve de manera uniforme en el líquido que tapiza la superficie alveolar, sino que parte de la molécula se disuelve, mientras que el resto permanece sobre la superficie del agua en los alvéolos.

2.    VOLUMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

Para facilitar la descripción de los acontecimientos de la ventilación pulmonar, el aire de los pulmones se ha subdividido en cuatro volúmenes y cuatro capacidades. (Tabla 1 y 2)

Tabla 1. VOLUMENES PULMONARES	DESCRIPCION
VOLUMEN CORRIENTE	Volumen de aire que se inspira o se espira en cada respiración normal; es igual a aproximadamente 500 ml en el hombre adulto medio.
VOLUMEN DE RESERVA INSPIRATORIA	Volumen adicional de aire que se puede inspirar desde un volumen corriente normal y por encima del mismo cuando la persona inspira con una fuerza plena; habitualmente es igual a aproximadamente 3.000 ml.
VOLUMEN DE RESERVA ESPIRATORIA	Volumen adicional máximo de aire que se puede espirar mediante una espiración forzada después del final de una espiración a volumen corriente normal; normalmente, este volumen es igual a aproximadamente 1.100 ml.
VOLUMEN RESIDUAL	Volumen de aire que queda en los pulmones después de la espiración más forzada; este volumen es en promedio de aproximadamente 1.200 ml.

En la descripción de los acontecimientos del ciclo pulmonar a veces es deseable considerar dos o más de los volúmenes combinados. Estas combinaciones se denominan capacidades pulmonares. (Tabla 2)

Tabla 2 CAPACIDADES PULMONARES	DESCRIPCION
CAPACIDAD INSPIRTORIA	Es igual al volumen corriente más el volumen de reserva inspiratoria. Esta capacidad es la cantidad de aire (aproximadamente 3.500 ml) que una persona puede inspirar, comenzando en el nivel espiratorio normal y distendiendo los pulmones hasta la máxima cantidad.
CAPASIDAD RESIDUAL FUNCIONAL	Es igual al volumen de reserva espiratoria más el volumen residual. Esta capacidad es la cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal (aproximadamente 2.300 ml).
CAPACIDAD VITAL	Es igual al volumen de reserva inspiratoria más el volumen corriente más el volumen de reserva espiratoria. Esta capacidad es la cantidad máxima de aire que puede expulsar una persona desde los pulmones después de llenar antes los pulmones hasta su máxima dimensión y después espirando la máxima cantidad (aproximadamente 4.600 ml)
CAPACIDAD PULMONAR TOTAL	Es el volumen máximo al que se pueden expandir los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml); es igual a la capacidad vital más el volumen residual.

FIGURA 3 Diagrama que muestra los movimientos respiratorios durante la respiración normal y durante la inspiración y espiración máximas. Guyton & Hall. Fisiología Medica 13Ed.2016

3.    VENTILACIÓN ALVEOLAR

La función de la ventilación pulmonar es renovar continuamente el aire de las zonas de intercambio gaseoso de los pulmones, en las que el aire está próximo a la sangre pulmonar. Estas zonas incluyen los alvéolos, los sacos alveolares, los conductos alveolares y los bronquíolos respiratorios. La velocidad a la que llega a estas zonas el aire nuevo se denomina ventilación alveolar.

2. CIRCULACIÓN PULMONAR

La circulación pulmonar incluye la vasta red de arterias, venas y linfáticos que funcionan para intercambiar sangre y otros fluidos tisulares entre el corazón, los pulmones y la espalda. Están diseñados para realizar ciertas funciones específicas que son exclusivas de la circulación pulmonar, como intercambiar gases en los pulmones y actuar como reservorio para el almacenamiento de sangre, entre otros. 

2.1 Anatomía fisiológica del sistema circulatorio pulmonar

La circulación pulmonar se divide en los siguientes componentes:

Circulación Arterial: comienza con la arteria pulmonar principal que surge del ventrículo derecho y tiene un recorrido de solo 5 centímetros antes de ramificarse hacia las ramas principales derecha e izquierda y muchas ramas subsiguientes para formar una extensa red de pequeñas arterias y arteriolas que culminan en Los capilares pulmonares. Las arterias pulmonares son mucho más delgadas (un tercio del grosor de sus vasos sistémicos homólogos) y tienen un diámetro mayor; El efecto combinado los hace mucho más distensibles y compatibles (aproximadamente 7 ml / mm Hg), lo que les permite acomodar un mayor volumen de sangre en una cantidad limitada de espacio.

Circulación Venosa: comienza con las vénulas que se unen para formar venas más pequeñas y eventualmente se fusionan para formar las venas pulmonares principales que drenan hacia la aurícula izquierda. Al igual que las arterias, las venas pulmonares son más delgadas y más distensibles que las contrapartes de las venas sistémicas y acomodan más sangre debido a su mayor cumplimiento.

Linfáticos: los linfáticos desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de una "membrana alveolar seca" y en la prevención de la acumulación de líquido tisular alrededor de la circulación pulmonar. Comienzan cerca de los bronquiolos terminales y drenan los linfáticos mediastínicos para culminar cerca del conducto linfático derecho.

Además, el parénquima pulmonar recibe sangre oxigenada a través de los vasos bronquiales (que representan aproximadamente del 1% al 2% del gasto cardíaco) que surge del ventrículo izquierdo que finalmente drena hacia la aurícula izquierda después de formar las venas bronquiales. Por lo tanto, es importante tener en cuenta que el gasto cardíaco del ventrículo izquierdo es aproximadamente de 1% a 2% mayor que el del ventrículo derecho.

La circulación pulmonar está involucrada en muchas funciones esenciales. La función principal es el intercambio de gases a través de la membrana alveolar, que en última instancia suministra sangre oxigenada al resto del cuerpo y también es el mecanismo principal por el cual el cuerpo elimina el dióxido de carbono. La circulación bronquial proporciona sangre oxigenada para ser consumida por el parénquima pulmonar para llevar a cabo sus propias funciones metabólicas. El sistema venoso de baja presión y un sistema complejo de sistemas linfáticos aseguran que no haya acumulación de edema en los pulmones.

4.   INTERCAMBIO GASEOSO

Una de las funciones principales de los pulmones es facilitar el intercambio de gases desde el sistema circulatorio y el entorno externo. Los pulmones se componen de vías aéreas ramificadas que terminan en bronquiolos respiratorios y alvéolos, que participan en el intercambio de gases. La mayoría de los bronquiolos y las vías respiratorias grandes son parte de la zona conductora del pulmón, que envía gas a los sitios de intercambio de gases, en los alvéolos. El intercambio de gases se produce en los pulmones entre el aire alveolar y la sangre de los capilares pulmonares. Para que se produzca un intercambio de gases efectivo, los alvéolos deben estar ventilados y perfundidos. La ventilación (V) se refiere al flujo de aire que entra y sale de los alvéolos, mientras que la perfusión (Q) se refiere al flujo de sangre a los capilares alveolares. Los alvéolos individuales tienen grados variables de ventilación y perfusión en diferentes regiones del corazón.

El intercambio de gases en los alvéolos se produce principalmente por difusión. Viajando desde los alvéolos a la sangre capilar, los gases deben pasar a través del surfactante alveolar, el epitelio alveolar, la membrana basal y el endotelio capilar.  La difusión es el principio de que las sustancias pasarán pasivamente de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. La ventilación funciona para crear un ambiente donde el oxígeno está en alta concentración en el pulmón y el dióxido de carbono está en una menor concentración en el pulmón, en relación con los capilares pulmonares. Sin embargo, igualmente importante para la velocidad de difusión es la solubilidad de un gas en líquido, la densidad del gas y el área de superficie disponible para que se produzca la difusión dentro del pulmón. El dióxido de carbono es altamente soluble en condiciones fisiológicas; por lo tanto, el oxígeno es el factor limitante de preocupación aquí. Las densidades de gas son despreciables en condiciones fisiológicas. El área de superficie total disponible, sin embargo, es una variable muy importante en la patología pulmonar. A medida que el área de la superficie alveolar total disminuye en relación con la perfusión arteriolar disponible, el espacio potencial disponible para difundir el oxígeno en la sangre disminuye. Una malformación en cualquiera de estos parámetros puede conducir a la hipoxia. La notación primaria para monitorear el gradiente de difusión de oxígeno es el gradiente Aa. El gradiente de oxígeno Aa se calcula como:

·         A-a Gradiente Oxigenacion = PAO - PaO

La PaO se mide con gasometría arterial, mientras que la PAO se calcula utilizando la ecuación de gas alveolar:

·         PAO = (FiO2 x [Patm - PH2O]) - (PaCO2 ÷ R)

Donde FiO2 es la fracción de oxígeno inspirado (0.21 al aire ambiente), Patm es la presión atmosférica (760 mmHg a nivel del mar), PH2O es la presión parcial de agua (47 mmHg a 37 grados C), PaCO2 es el dióxido de carbono arterial. Tensión, y R es el cociente respiratorio. El cociente respiratorio es de aproximadamente 0,8 en estado estable, pero varía según la utilización relativa de carbohidratos, proteínas y grasas.

Tanto el intercambio de oxígeno como el de dióxido de carbono están limitados por la perfusión. La difusión de gases alcanza un tercio del equilibrio a través de la interfaz capilar / alveolar. La sangre desoxigenada de las arterias pulmonares tiene un PVO2 de 40 mm Hg, y el aire alveolar tiene una PAO2 de 100 mm Hg, lo que resulta en un movimiento de oxígeno hacia los capilares hasta que la sangre arterial se equilibra a 100 mm Hg (PaO2). Mientras tanto, la presión parcial de dióxido de carbono disminuye de un PVCO2 de 46 mm Hg a un PaCO2 de 40 mm Hg en los capilares alveolares debido a un PACO2 de 40 mm Hg.

Una vez que el oxígeno (O2 ) ha difundido desde los alvéolos hacia la sangre pulmonar, es transportado hacia los capilares de los tejidos combinado casi totalmente con la hemoglobina. La presencia de hemoglobina en los eritrocitos permite que la sangre transporte de 30 a 100 veces más O2 de lo que podría transportar en forma de O2 disuelto en el agua de la sangre. En las células de los tejidos corporales el O2 reacciona con varios nutrientes para formar grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2 ). Este CO2 entra en los capilares tisulares y es transportado de nuevo hacia los pulmones. El dióxido de carbono, al igual que el O2 , también se combina en la sangre con sustancias químicas que aumentan de 15 a 20 veces el transporte del CO2 .

C.   CONCLUSION

El objetivo principal del sistema pulmonar es facilitar la difusión de productos químicos esenciales y gases entre el sistema circulatorio y el aire ambiental. Las sustancias de mayor interés incluyen la ingesta de oxígeno y la eliminación del dióxido de carbono del cuerpo.  El intercambio de gases pulmonares se considera un proceso continuo que incluye: 1) ventilación, 2) difusión (que incluye la difusión física a través de la sangre pulmonar: barrera de gases y reacciones químicas posteriores (entre O ₂ y hemoglobina (Hb) y para Conversión de CO ₂ a bicarbonato), y 3) perfusión. El principio fundamental que reúne cuantitativamente a estos tres procesos físicos separados es la conservación de la masa. Todo lo que esto significa es que dentro de los pulmones, cada molécula de O ₂ que se inhala pero no se exhala se difunde del gas alveolar a la sangre y se puede encontrar en esa sangre.

D.   OPINION PERSONAL DEL TEMA

En lo personal, el entendimiento de la fisiología Pulmonar nos permitirá comprender los principios básicos del intercambio de gases, lo que implica un perfecto equilibrio y control entre los componentes del sistema respiratorio, para llevar una adecuada ventilación – perfusión tisular. Si reconocemos lo normal del organismo podremos integrar nuestro conocimiento médico y reconocer de manera temprana las manifestaciones clínicas del paciente en estado crítico con el objetivo de tomar las mejores opciones terapéuticas para su manejo, cuidado y traslado.

E.   BIBLIOGRAFIA

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