El intercambio de gases se mide a través de varios métodos, como por ejemplo
Capacidad de difusión del monóxido de carbono
Oximetría de pulso
Gases en sangre arterial
Capacidad de difusión del monóxido de carbono
La capacidad de difusión del monóxido de carbono (DLCO) de los pulmones es una medida de la capacidad de transferencia del gas desde los alvéolos, a través del epitelio alveolar y el endotelio capilar, a los eritrocitos. La DLCO depende no sólo del área y el espesor de la barrera hematogaseosa, sino también del volumen de sangre en los capilares pulmonares. La distribución del volumen alveolar y la ventilación también afectan la medición.
La DLCO se mide mediante la obtención de una muestra al final de la espiración para determinar el monóxido de carbono (CO) después de que los pacientes inspiran una pequeña cantidad de CO, mantienen su respiración y espiran. La DLCO medida debe ajustarse según el volumen alveolar (que se estima por la dilución de helio) y el hematocrito del paciente. La DLCO (por las siglas en inglés de Capacidad de difusión del monóxido de carbono) se informa como mL/min/mmHg y como un porcentaje del valor esperado expresado como una puntuación z (1).
Enfermedades que disminuyen la DLCO
Las enfermedades que afectan principalmente la vasculatura pulmonar, como la hipertensión pulmonar primaria y la embolia pulmonar, disminuyen la DLCO. Las enfermedades que afectan el pulmón en forma difusa, como el enfisema y la fibrosis pulmonar, disminuyen tanto la DLCO como la ventilación alveolar (VA). La reducción de la DLCO también se produce en pacientes en los que se llevó a cabo en el pasado una resección pulmonar, porque el volumen pulmonar total es menor, pero la DLCO se corrige o incluso excede los valores normales cuando se ajusta a la VA debido a que en el pulmón remanente se recluta una superficie vascular mayor. Los pacientes con anemia tienen valores menores de DLCO que se corrigen cuando se ajusta según los valores de hemoglobina.
Enfermedades que aumentan la DLCO
Las condiciones que causan que DLCO sea mayor de lo predicho incluyen
Eritrocitemia
La DLCO aumenta en la insuficiencia cardíaca tal vez debido a que el aumento de la presión venosa pulmonar y de la tensión arterial recluta microvasos pulmonares adicionales.
En la eritrocitosis, la DLCO aumenta en pacientes con policitemia, en parte por el incremento del hematocrito y también por el reclutamiento vascular que se produce con el aumento de las presiones pulmonares debido al incremento de la viscosidad.
En la hemorragia alveolar, los eritrocitos en el espacio alveolar también pueden unirse al monóxido de carbono, lo que aumenta la DLCO.
En el asma, este incremento en la DLCO se atribuye al supuesto reclutamiento vascular; sin embargo, algunos datos sugieren que también pueden deberse a la neovascularización estimulada por el factor de crecimiento.
Referencia de DLCO
1. Graham BL, Brusasco V, Burgos F, et al. 2017 ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung [published correction appears in Eur Respir J 2018 Nov 22;52(5):]. Eur Respir J 2017;49(1):1600016. doi:10.1183/13993003.00016-2016
Oximetría de pulso
La oximetría de pulso transcutánea estima la saturación de oxígeno (SpO2) de la sangre capilar sobre la base de la absorción de la luz proveniente de diodos emisores de luz colocados en una pinza de dedo o en una sonda con una cinta adhesiva. Las estimaciones suelen ser muy precisas y se correlacionan con una variación menor del 5% de la saturación de oxígeno arterial (SaO2) medida. Los resultados pueden ser menos precisos en pacientes con
Piel altamente pigmentada
Arritmias
Hipotensión
Vasoconstricción vascular sistémica
Los resultados de la oximetría de pulso también son menos precisos en pacientes que usan esmalte de uñas.
La oximetría de pulso es capaz de detectar solo oxihemoglobina o hemoglobina reducida, pero no otros tipos de hemoglobina; sin embargo, es inexacta cuando aumentan las concentraciones sanguíneas de carboxihemoglobina, como ocurre en la intoxicación por monóxido de carbono y en la metahemoglobinemia.
Gases en sangre arterial (GSA)
La muestra de gases en sangre arterial se realiza para obtener mediciones precisas de la presión parcial de oxígeno arterial (PaO2), la presión parcial de dióxido de carbono arterial (PaCO2) y el pH arterial; estas variables, ajustadas a la temperatura del paciente, permiten calcular el nivel de bicarbonato (que también puede medirse directamente de la sangre venosa) y la saturación de oxígeno. Asimismo, la determinación de gases en sangre arterial permite medir con exactitud la carboxihemoglobina y la metahemoglobina.
En general, se utiliza la arteria radial. Como en algunos casos la punción arterial puede producir trombosis y alteración de la perfusión del tejido distal, se puede realizar la prueba de Allen para evaluar si la circulación colateral es adecuada. Con esta maniobra, se ocluyen en forma simultánea los pulsos radial y cubital hasta que la mano del paciente se torna pálida. Después se libera el pulso cubital mientras se mantiene la presión sobre el pulso radial. Si toda la mano vuelve al color basal dentro de los 7 segundos posteriores a la liberación del pulso cubital, se sugiere un flujo adecuado a través de la arteria cubital.
En condiciones estériles, se introduce una aguja de diámetro 22 a 25 unida a una jeringa tratada con heparina inmediatamente proximal al impulso máximo del pulso de la arteria radial y se avanza levemente en sentido distal en la arteria hasta que se obtiene sangre pulsátil. La tensión arterial sistólica generalmente es suficiente para empujar el émbolo de la jeringa. Después de recolectar 3 a 5 mL de sangre, se retira rápidamente la aguja y se aplica una presión firme en el sitio de punción para facilitar la hemostasia. Al mismo tiempo, la muestra para gases en sangre arterial se coloca en hielo para reducir el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono por los leucocitos y se envía al laboratorio.
Hipoxemia
La hipoxemia es una disminución de la presión parcial de oxígeno (PO2) en sangre arterial.
La hipoxia es una disminución de la PO2 en el tejido.
Los gases en sangre arterial evalúan de manera exacta la presencia de hipoxemia, que suele definirse como una PaO2 lo suficientemente baja como para reducir la SaO2 por debajo del 90% (es decir, PaO2 < 60 mmHg). Las alteraciones en la hemoglobina (p. ej., metahemoglobina), las temperaturas elevadas, la disminución del pH y las concentraciones elevadas de 2,3-difosfoglicerato reducen la hemoglobina SaO2 a pesar de una PaO2 adecuada, indicada por la curva de disociación de la oxihemoglobina (véase figura Curva de disociación de la oxihemoglobina).
Curva de disociación de la oxihemoglobina
La saturación de oxihemoglobina arterial se relaciona con la PO2. La PO2 al 50% de saturación (P50) suele ser de 27 mmHg. La curva de disociación está desviada a la derecha por el aumento de la concentración del ion hidrógeno (H+), el 2,3-difosfoglicerato (DPG) eritrocítico, la temperatura (T) y la PCO2. La disminución de la concentración de H+, el DPG, la temperatura y la PCO2 desvía la curva hacia la izquierda. La hemoglobina que se caracteriza por una desviación hacia la derecha de la curva tiene menor afinidad por el oxígeno, y la hemoglobina caracterizada por una desviación hacia la izquierda de la curva tiene mayor afinidad para el oxígeno. |
Las causas de hipoxemia se clasifican sobre la base de si el gradiente de PO2 alveoloarterial ([A-a]DO2), definido como la diferencia entre la tensión de oxígeno alveolar (PAO2) y la PaO2 (presión parcial de oxígeno arterial), está elevada o es normal (véase la tabla Ecuaciones para calcular la presión de oxígeno alveolar y el gradiente de oxígeno alveolar a arterial).
En el caso de pacientes que se encuentran al nivel del mar y respiran al aire ambiente, FiO2 = 0,21, y el gradiente (A-a)DO2 puede simplificarse como:
La estimación de los valores normales de DO2 (A-a) como < (2,5 + [FIO2× edad en años]) o como menos que el valor absoluto de la FIO2 (p. ej., < 21 mientras se respira aire ambiental; < 30 con 30% de FIO2) corrige estos efectos.
Ecuaciones para calcular la presión alveolar de oxígeno y el gradiente alveoloarterial de oxígeno
Cálculo de PAO2 FiO2 es la fracción de oxígeno inspirado (p. ej., 0,21 en el aire ambiente), Patm es la presión barométrica ambiental (p. ej., 760 mmHg al nivel del mar), PH2O es la presión parcial del vapor de agua (p. ej., suele ser de 47 mmHg), PaCO2 es la presión parcial medida del dióxido de carbono arterial y R es el cociente respiratorio, que se asume es de 0,8 en un paciente en reposo que recibe una dieta normal. |
Simplificación del gradiente de presión de oxígeno alveoloarterial (A-a)DO2 (A-a)DO2 es el gradiente de presión de oxígeno alveoloarterial. (A-a)DO2 es típicamente < 20, pero aumenta con la edad (debido al deterioro de la función pulmonar que se relaciona con la edad) y con el aumento de la FiO2 (porque, aunque la Hb se satura al 100% a una PaO2 de cerca de 150 mmHg, el oxígeno es soluble en la sangre y el contenido de oxígeno en el plasma sigue aumentando al incrementarse la FiO2). |
Hipoxemia con aumento de (A-a)DO2
La hipoxemia con aumento de (A-a)DO2 se debe a
La relación ventilación/perfusión (V/Q) baja (un tipo de desequilibrio V/Q)
Cortocircuito de derecha a izquierda
Capacidad de difusión intensamente alterada
La relación V/Q baja es una de las razones más comunes de hipoxemia y contribuye a la hipoxemia que se produce en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y el asma. En los pulmones normales, la perfusión regional concuerda mucho con la ventilación regional porque la vasoconstricción arteriolar se produce en respuesta a la hipoxia alveolar. En situaciones de enfermedad, la alteración de la regulación conduce a la perfusión de las unidades alveolares que están recibiendo menos que la ventilación completa (desequilibrio V/Q). Como resultado, la sangre venosa sistémica pasa a través de los capilares pulmonares sin alcanzar los niveles normales de PaO2. El desequilibrio V/Q también puede ocurrir cuando aumenta el flujo sanguíneo incluso cuando la ventilación es normal, como en la enfermedad hepática. El oxígeno suplementario puede corregir la hipoxemia debida a la relación V/Q baja por el aumento de la PAO2, aunque persiste el aumento del (A-a)DO2.
El cortocircuito de derecha a izquierda es un ejemplo extremo de la relación V/Q baja. En el cortocircuito, la sangre arterial pulmonar desoxigenada llega al lado izquierdo del corazón sin haber pasado a través de los segmentos ventilados del pulmón. El cortocircuito puede producirse a través del parénquima pulmonar, a través de conexiones anormales entre las circulaciones arterial y venosa pulmonares o a través de comunicaciones intracardíacas (p. ej., agujero oval permeable). La hipoxemia debida a cortocircuitos de derecha a izquierda no responde a los suplementos de oxígeno.
El deterioro de la capacidad de difusión sólo rara vez se produce en forma aislada; en general, se acompaña por una relación V/Q baja. Como el oxígeno satura por completo a la hemoglobina después de solo una fracción del tiempo que la sangre está en contacto con el gas alveolar, la hipoxemia debida al deterioro de la capacidad de difusión se produce solo cuando aumenta el gasto cardíaco (p. ej., durante el ejercicio), cuando la presión barométrica es baja (p. ej., alturas elevadas) o cuando > 50% del parénquima pulmonar está destruido. Al igual que con la relación V/Q baja, el (A-a)DO2 está aumentado, pero la PaO2 puede estar incrementada al aumentar la FIO2. La hipoxemia debida al deterioro de la capacidad de difusión responde al suplemento de oxígeno.
Hipoxemia con (A-a)DO2 normal
La hipoxemia con (A-a)DO2 normal se debe a
Hipoventilación
Presiones parciales bajas de oxígeno (PIO2) inspirado
La hipoventilación (ventilación alveolar reducida) disminuye la PAO2 y aumenta la PaCO2, que por esto disminuye la PaO2. En los casos de hipoventilación pura, el (A-a)DO2 es normal. Entre las causas de hipoventilación, se incluyen la disminución de la frecuencia o la profundidad respiratoria (p. ej., debida a trastornos neuromusculares, obesidad intensa o sobredosis de drogas, o en compensación por alcalosis metabólica) o un aumento de la fracción de ventilación del espacio muerto en pacientes que ya están en su límite ventilatorio máximo (p. ej., una exacerbación de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica grave). La hipoxemia hipoventilatoria responde a los suplementos de oxígeno.
La disminución de la PIO2 es una causa infrecuente de hipoxemia que, en la mayoría de los casos, se produce solo a grandes alturas. Aunque la FiO2 no cambia con la altitud, la presión de aire ambiente disminuye en forma exponencial; por esto, la PIO2 también disminuye. Por ejemplo, la PIO2 es de solo 43 mmHg en la cima del Monte Everest (8.848 m de altura). El (A-a)DO2 permanece normal. La estimulación hipóxica del impulso respiratorio aumenta la ventilación alveolar y disminuye el nivel de la PaCO2. Este tipo de hipoxemia responde a los suplementos de oxígeno.
Hipercapnia e hipocapnia
La presión parcial de dióxido de carbono (PCO2) normalmente se mantiene entre 35 y 45 mmHg. Para el dióxido de carbono existe una curva de disociación similar a la del oxígeno, pero es casi lineal en la variación fisiológica de la PaCO2. La PCO2 anormal casi siempre está relacionada con trastornos de la ventilación (salvo que ocurra en compensación por una anomalía metabólica) y siempre se asocia con cambios ácido-básicos.
Hipercapnia
La hipercapnia es la PCO2 > 45 mmHg. Las causas de la hipercapnia son las mismas que las de la hipoventilación (p. ej., trastornos que disminuyen la frecuencia respiratoria o la profundidad o aumentan la fracción de ventilación en el espacio muerto en pacientes que ya están en su límite ventilatorio máximo). Los trastornos que aumentan la producción de dióxido de carbono (p. ej., hipertiroidismo, fiebre), cuando se combinan con una incapacidad para aumentar la ventilación, también causan hipercapnia.
Hipocapnia
La hipocapnia es la PCO2 < 35 mmHg. La hipocapnia siempre es causada por hiperventilación debido a enfermedades relacionadas con
Pulmones (p. ej., edema pulmonar, embolia pulmonar)
Corazón (p. ej., insuficiencia cardíaca)
Metabolismo (p. ej., acidosis)
Medicamentos (p. ej., aspirina, progesterona)
Sistema nervioso central (p. ej., infección, tumor, sangrado, aumento de la presión intracraneana)
Condiciones fisiológicas (p. ej., dolor, embarazo)
Se considera que la hipocapnia aumenta directamente la broncoconstricción y disminuye el umbral para la isquemia cerebral y miocárdica, tal vez a través de sus efectos sobre el estado ácido-base.
Carboxihemoglobinemia
El monóxido de carbono se une a la hemoglobina con una afinidad 210 veces mayor que el oxígeno e impide el transporte del oxígeno. Las concentraciones de carboxihemoglobina clínicamente tóxicas se deben en la mayoría de los casos a la exposición a humo de combustión o a la inhalación de humo, aunque los fumadores de cigarrillos tienen niveles detectables de carboxihemoglobina.
Los pacientes con intoxicación por monóxido de carbono pueden presentar síntomas inespecíficos como malestar general, cefaleas y náuseas. Dado que la intoxicación suele producirse durante los meses más fríos (debido al uso de sistemas de calefacción en el interior de los hogares a base de combustibles), los síntomas pueden confundirse con un síndrome viral, como la influenza. Los médicos deben estar atentos a la posibilidad de intoxicación por monóxido de carbono y medir los niveles de carboxihemoglobina cuando esté indicado. La carboxihemoglobina se puede medir directamente en sangre venosa; una muestra arterial es innecesaria. La saturación de oxígeno determinada por oximetría de pulso será normal o elevada (porque la oximetría de pulso estándar no puede distinguir entre oxihemoglobina y carboxihemoglobina) y no puede utilizarse para detectar envenenamiento por monóxido de carbono. La carboxihemoglobina puede medirse mediante la cooximetría.
El tratamiento consiste en la administración de oxígeno al 100% (que acorta la semivida de la carboxihemoglobina) y a veces el uso de cámara hiperbárica.
Perlas y errores
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Metahemoglobinemia
La metahemoglobina es la hemoglobina en la que el hierro es oxidado de su estado ferroso (Fe2+) al férrico (Fe3+). La metahemoglobina no transporta oxígeno y desvía la curva de disociación normal de la oxihemoglobina (véase figura Curva de disociación de la oxihemoglobina) hacia la izquierda, que por esto limita la liberación de oxígeno a los tejidos.
La metahemoglobinemia es producida por ciertos fármacos (p. ej., dapsona, anestésicos locales, nitratos, primaquina, sulfonamidas) o, con menor frecuncia, por ciertas sustancias químicas (p. ej., colorantes de anilina, derivados del benceno).
La concentración de metahemoglobina puede medirse directamente por la cooximetría (que emite cuatro longitudes de ondas de luz y es capaz de detectar metahemoglobina, carboxihemoglobina, hemoglobina, y oxihemoglobina). La saturación de oxígeno medida por oximetría de pulso será inexacta en presencia de metahemoglobinemia.
Los pacientes con metahemoglobinemia suelen presentar cianosis sin otros síntomas. En los casos graves, se reduce la provisión de oxígeno a un grado tal que se producen síntomas de hipoxia tisular, como confusión, angina y mialgias.
A menudo resulta suficiente interrumpir la exposición al fármaco o a la sustancia química causal. En algunas oportunidades, es necesario administrar azul de metileno (un agente reductor que se administra en la forma de una solución al 1% a razón de 1 a 2 mg/kg por vía IV lenta) o una transfusión de intercambio.
