Volúmenes y Capacidades Pulmonares
La combinación de diferentes volúmenes de aire en los pulmones resulta en las denominadas capacidades pulmonares:
- Capacidad Vital (CV): Máximo volumen de aire espirado desde una inspiración máxima. Es la suma del volumen corriente (VC), el volumen inspiratorio de reserva (VIR) y el volumen espiratorio de reserva (VER). CV = VC + VIR + VER = 4.5 litros.
- Capacidad Inspiratoria (CI): Máximo volumen de aire inspirado desde el final de una espiración normal. Es la suma del volumen corriente (VC) y el volumen inspiratorio de reserva (VIR). CI = VC + VIR = 3 litros.
- Capacidad Espiratoria (CE): Máximo volumen de aire espirado desde una inspiración normal. Es la suma del volumen corriente (VC) y el volumen espiratorio de reserva (VER). CE = VC + VER.
- Capacidad Residual Funcional (CRF): Volumen de aire que queda en los pulmones tras una espiración normal. Es la suma del volumen espiratorio de reserva (VER) y el volumen residual (VR). CRF = VER + VR = 3.5 litros.
- Capacidad Pulmonar Total (CPT): Volumen de aire pulmonar después de una inspiración máxima. Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo inspiratorio. Es la suma de todos los volúmenes o, alternativamente, la capacidad vital (CV) más el volumen residual (VR). CPT = VC + VIR + VER + VR = CV + VR = 6 litros.
El Índice de Tiffeneau, calculado a partir del VEMS (Volumen Espiratorio Forzado en el Primer Segundo) y la capacidad vital, indica el porcentaje de la capacidad vital espirado en el primer segundo, reflejando la rapidez de la espiración. Un valor normal se sitúa entre 80-85%. Una disminución significativa puede ser síntoma de patología respiratoria.
Ventilación Pulmonar
El volumen minuto respiratorio (o ventilación-minuto) es la cantidad total de aire nuevo que entra en las vías respiratorias por minuto. Se calcula multiplicando el volumen corriente por la frecuencia respiratoria. Con un volumen corriente normal de 500 ml y una frecuencia respiratoria de 12 respiraciones por minuto, el volumen minuto respiratorio promedio es de 6 litros por minuto.
Sin embargo, la renovación efectiva del aire en las zonas de intercambio gaseoso (alvéolos, sacos alveolares, conductos alveolares y bronquiolos respiratorios) es crucial. La tasa a la que el aire nuevo alcanza estas zonas se denomina ventilación alveolar.
Espacio Muerto
Parte del aire inspirado no participa en el intercambio gaseoso, llenando las vías respiratorias donde no se produce dicho intercambio. Este es el aire del espacio muerto, que no es útil para el proceso de intercambio de gases y se expulsa antes que el aire alveolar.
El volumen normal del espacio muerto anatómico en un hombre joven es de unos 150 ml, lo que implica que con cada respiración normal llegan a los alvéolos unos 350 ml de aire nuevo. Además del espacio muerto anatómico, existe el espacio muerto fisiológico, que incluye el aire que no sufre intercambio gaseoso debido a patologías en las zonas de intercambio. En condiciones normales, ambos espacios muertos son similares, pero en ciertas patologías, el fisiológico puede ser hasta 10 veces mayor que el anatómico (entre 1 y 2 litros).
Para aumentar el volumen minuto respiratorio, por ejemplo durante el ejercicio, se puede aumentar la frecuencia respiratoria o el volumen corriente. No obstante, es más eficiente aumentar el volumen corriente debido al impacto del espacio muerto.
Intercambio Gaseoso en los Pulmones
Factores que Afectan la Tasa de Difusión de Gases
Los factores que determinan la rapidez del paso de un gas a través de la membrana respiratoria son:
- El espesor de la membrana.
- El área de la superficie de la membrana.
- El coeficiente de difusión del gas en la sustancia de la membrana.
- La diferencia de presión entre los dos lados de la membrana.
El espesor de la membrana respiratoria puede aumentar en enfermedades pulmonares (edema, fibrosis), dificultando el intercambio gaseoso. El área de la superficie de la membrana puede disminuir en patologías como la extirpación de partes del pulmón o el enfisema, reduciendo la difusión de gases. El coeficiente de difusión depende de la solubilidad del gas en la membrana, siendo el CO2 aproximadamente 20 veces más difusible que el O2. La diferencia de presión entre los alvéolos y la sangre impulsa el movimiento neto de los gases.
Capacidad de Difusión de la Membrana Respiratoria
La capacidad de difusión de un gas se define como el volumen de gas que difunde a través de la membrana por minuto para una diferencia de presión de 1 mmHg. La capacidad de difusión de oxígeno en reposo es de 21 ml/min/mmHg. Durante el ejercicio, esta capacidad puede aumentar hasta 65 ml/min/mmHg debido al reclutamiento y dilatación de capilares, la mejora del coeficiente ventilación/perfusión y el adelgazamiento de la membrana respiratoria. La capacidad de difusión del CO2 en reposo se estima en 400-450 ml/min/mmHg debido a su mayor coeficiente de difusión.
Transporte e Intercambio de O2 por la Sangre
Cerca del 97% del oxígeno es transportado en combinación con la hemoglobina (Hb) en los hematíes, y el resto disuelto en el plasma. En los capilares pulmonares, el oxígeno se une a la Hb. Una molécula de Hb puede unirse con hasta cuatro moléculas de oxígeno.
Curva de Saturación de la Hemoglobina
La curva de saturación de la Hb por el oxígeno tiene forma sigmoidea. Cuando la presión parcial de oxígeno (PO2) disminuye, la afinidad de la Hb por el O2 también lo hace, y viceversa. En los alvéolos, con una PO2 de 100 mmHg, la Hb se satura casi al 100%.