¿Cómo llega el aire a los alvéolos?

La respiración es un proceso fundamental para la vida humana, donde el aire rico en oxígeno es transportado hacia los alvéolos pulmonares, donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso esencial para la oxigenación de la sangre. Este artículo explora cómo el aire llega a los alvéolos, destacando los volúmenes pulmonares, la ventilación, y los métodos de medición involucrados en este complejo proceso.

 

Volúmenes Pulmonares

Antes de analizar el movimiento del aire hacia los pulmones, es importante comprender los volúmenes estáticos del pulmón, los cuales pueden medirse mediante un espirómetro. Estos volúmenes incluyen:

• Volumen corriente: la cantidad de aire inhalado y exhalado durante una respiración normal.
• Capacidad vital: el volumen de aire exhalado después de una inspiración máxima seguida de una espiración máxima.
• Volumen residual: el aire que permanece en los pulmones tras una espiración máxima.
• Capacidad residual funcional: el volumen de aire en los pulmones después de una espiración normal.

Métodos de Medición

Dilución de Helio

La capacidad residual funcional (FRC) y el volumen residual no pueden ser medidos con un espirómetro simple. En su lugar, se utiliza una técnica de dilución de gases. Esta técnica consiste en conectar al sujeto a un espirómetro que contiene una concentración conocida de helio, un gas insoluble en la sangre. Al equilibrarse las concentraciones de helio en el espirómetro y los pulmones tras varias ventilaciones, se puede calcular el volumen de aire en los pulmones.

Pletismografía Corporal

Otra técnica para medir la FRC es la pletismografía corporal, que implica colocar al sujeto en una caja hermética. Después de una espiración normal, se le pide al sujeto que realice esfuerzos ventilatorios. Al intentar inhalar, el volumen pulmonar aumenta y la presión en la caja también, permitiendo calcular el cambio de volumen y, por ende, la FRC, aplicando la ley de Boyle (PV = constante a temperatura constante).

Ventilación

La ventilación total se calcula multiplicando el volumen corriente por la frecuencia respiratoria. Sin embargo, no todo el aire inhalado alcanza los alvéolos, ya que una parte permanece en el espacio muerto anatómico, que corresponde a las vías aéreas de conducción y tiene un volumen aproximado de 150 ml. Por lo tanto, el volumen de aire fresco que realmente llega a los alvéolos, conocido como ventilación alveolar, es menor.

Cálculo de la Ventilación Alveolar

Para determinar la ventilación alveolar, se resta el volumen del espacio muerto anatómico del volumen corriente y se multiplica por la frecuencia respiratoria. La fórmula resultante es:

VA=(VT−VD)×f

donde:

• VA es la ventilación alveolar,
• VT es el volumen corriente,
• VD es el volumen del espacio muerto,
• f es la frecuencia respiratoria.

Espacio Muerto Anatómico y Fisiológico

Espacio Muerto Anatómico

El espacio muerto anatómico se refiere al volumen de las vías aéreas de conducción, es decir, aquellas partes del sistema respiratorio donde no ocurre intercambio gaseoso. Este volumen es aproximadamente 150 ml en adultos. Es importante porque representa el aire que no participa en la oxigenación de la sangre.

Espacio Muerto Fisiológico

El espacio muerto fisiológico incluye el espacio muerto anatómico más cualquier área del pulmón donde el aire no participa en el intercambio gaseoso debido a una ventilación o perfusión inadecuada. En individuos sanos, el espacio muerto anatómico y fisiológico son prácticamente iguales, pero en personas con enfermedades pulmonares, el espacio muerto fisiológico puede ser significativamente mayor.

Ejemplo de Cálculo de Ventilación Alveolar

Supongamos que un individuo tiene un volumen corriente (VT) de 500 ml y una frecuencia respiratoria (f) de 15 respiraciones por minuto. El espacio muerto anatómico (VD) es 150 ml. La ventilación alveolar (VA) se calcula como sigue:

$VA=(500ml-150ml)\times 15$

$\times$

VA=5250ml/min

Esto significa que 5250 ml de aire fresco alcanzan los alvéolos por minuto.

Métodos de Fowler y Bohr para Medir el Espacio Muerto

Método de Fowler

El método de Fowler mide el volumen de las vías aéreas de conducción hasta el nivel donde el aire inspirado se diluye con el aire que ya se encuentra en el pulmón. El sujeto respira a través de una caja valvulada y un tubo de muestreo de un analizador rápido de nitrógeno toma muestras de gas en forma continua desde los labios. Después de una única inspiración de oxígeno al 100%, la concentración de nitrógeno aumenta a medida que el aire del espacio muerto es lavado por el aire alveolar. El espacio muerto se determina trazando la concentración de nitrógeno en relación con el volumen espirado y buscando el punto de equilibrio entre el aire del espacio muerto y el aire alveolar.

Método de Bohr

El método de Bohr mide el volumen del pulmón que no elimina CO₂. Se basa en la premisa de que todo el CO₂ espirado proviene del aire alveolar y nada del espacio muerto. La ecuación de Bohr se expresa como:

donde:

• VD es el volumen del espacio muerto,
• VT es el volumen corriente,
• PACO2​ es la presión parcial de CO₂ en el aire alveolar,
• PECO2​ es la presión parcial de CO₂ en el aire espirado.

Este método permite determinar el espacio muerto fisiológico al medir las concentraciones de CO₂ en el aire alveolar y espirado.

Importancia de la Ventilación Alveolar

La ventilación alveolar es crucial porque representa la cantidad de aire fresco disponible para el intercambio gaseoso en los alvéolos. Un aumento en el volumen corriente o en la frecuencia respiratoria puede incrementar la ventilación alveolar, siendo el aumento del volumen corriente más efectivo ya que reduce la proporción de cada ventilación ocupada por el espacio muerto anatómico.

Diferencias Regionales en la Ventilación

Las diferencias regionales en la ventilación se deben a la gravedad y la posición del cuerpo. Las regiones más declives del pulmón ventilan mejor que las zonas superiores. Esto puede demostrarse inhalando gas xenón radiactivo, que permite visualizar la distribución del gas en los pulmones.

En conclusión, el aire llega a los alvéolos a través de un complejo proceso de ventilación que involucra la medición precisa de volúmenes pulmonares y técnicas específicas para calcular la capacidad residual funcional y la ventilación alveolar. Estos procesos aseguran que una cantidad adecuada de aire fresco llegue a los alvéolos, donde se realiza el intercambio gaseoso vital para la oxigenación de la sangre.

(1) Tang Y, Turner MJ, Baker AB. Effects of alveolar dead-space, shunt and V/Q distribution on respiratory dead-space measurements. Br J Anaesth. 2005 Oct;95(4):538-48. doi: 10.1093/bja/aei212. Epub 2005 Aug 26. PMID: 16126784.

(2) Moppett IK, Gornall CB, Hardman JG. The dependence of measured alveolar deadspace on anatomical deadspace volume. Br J Anaesth. 2005 Sep;95(3):400-5. doi: 10.1093/bja/aei177. Epub 2005 Jun 24. PMID: 15980045.