Capacidad de difusión

La capacidad de difusión pulmonar (DLCO ₎ (también conocida como factor de transferencia ) mide la transferencia de gases desde el aire en los pulmones hasta los glóbulos rojos en los vasos sanguíneos pulmonares. Forma parte de una serie completa de pruebas de función pulmonar para determinar la capacidad general del pulmón para transportar gases hacia y desde la sangre. La _DLCO , especialmente la _DLCO , se reduce en ciertas enfermedades pulmonares y cardíacas. La medición de la _DLCO se ha estandarizado según un documento de posición ^{[ 1 ]} de un grupo de trabajo de las Sociedades Respiratoria Europea y Torácica Americana .

En fisiología respiratoria , la capacidad de difusión tiene una larga trayectoria de gran utilidad, ya que representa la conductancia de un gas a través de la membrana alvéolo-capilar y también tiene en cuenta los factores que afectan al comportamiento de un gas determinado con la hemoglobina.

El término puede considerarse inapropiado, ya que no representa ni difusión , ni capacidad (como se mide habitualmente en condiciones submáximas), ni capacitancia . Además, el transporte de gases solo está limitado por la difusión en casos extremos, como en el caso de la captación de oxígeno con niveles muy bajos de oxígeno ambiental o un flujo sanguíneo pulmonar muy elevado.

La capacidad de difusión no mide directamente la causa principal de la hipoxemia , o bajo nivel de oxígeno en la sangre, a saber, el desajuste entre ventilación y perfusión : ^{[ 2 ]}

• No toda la sangre arterial pulmonar llega a las zonas del pulmón donde se produce el intercambio gaseoso (derivaciones anatómicas o fisiológicas), y esta sangre poco oxigenada se une a la sangre bien oxigenada del pulmón sano en la vena pulmonar. En conjunto, la mezcla tiene menos oxígeno que la sangre del pulmón sano por sí sola, por lo que es hipoxémica.
• Del mismo modo, no todo el aire inspirado llega a las zonas del pulmón donde puede producirse el intercambio de gases (los espacios muertos anatómicos y fisiológicos ), por lo que se desperdicia.

La prueba de capacidad de difusión de respiración única es la forma más común de determinar${\displaystyle D_{L}}$[ ^{1 ]} La prueba se realiza pidiendo al sujeto que expulse todo el aire que pueda, dejando solo el volumen residual de gas en los pulmones. Luego, la persona inhala una mezcla de gas de prueba de forma rápida y completa, alcanzando la ^capacidad pulmonar total lo más cerca posible. Esta mezcla de gas de prueba contiene una pequeña cantidad de monóxido de carbono (generalmente 0,3 %) y un gas trazador que se distribuye libremente por todo el espacio alveolar pero que no atraviesa la membrana alvéolo-capilar. El helio y el metano son dos de estos gases. El gas de prueba se mantiene en los pulmones durante unos 10 segundos, tiempo durante el cual el CO (pero no el gas trazador) se mueve continuamente de los alvéolos a la sangre. Luego, el sujeto exhala. 

La anatomía de las vías respiratorias implica que el aire inspirado debe pasar por la boca, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos ( espacio muerto anatómico ) antes de llegar a los alvéolos, donde se produce el intercambio gaseoso; durante la exhalación, el gas alveolar debe regresar por el mismo camino, por lo que la muestra exhalada será puramente alveolar solo después de  haber expulsado entre 500 y 1000 ml de gas. Si bien es posible aproximar algebraicamente los efectos de la anatomía (el método de las tres ecuaciones ^{[ 3 ]} ), los estados patológicos introducen una considerable incertidumbre en este enfoque. En cambio, se descartan los primeros 500 a 1000 ml del gas espirado y se analiza la siguiente porción, que contiene gas que ha estado en los alvéolos. ^{[ 1 ]} Al analizar las concentraciones de monóxido de carbono y gas inerte en el gas inspirado y en el gas exhalado, es posible calcular${\displaystyle (D_{L_{CO}})}$Según la ecuación 2 , primero se calcula la tasa de absorción de CO por los pulmones de acuerdo con:

El equipo de función pulmonar monitoriza el cambio en la concentración de CO que se produjo durante la apnea,${\displaystyle \Delta {[CO]}}$y también registra el tiempo${\displaystyle \Delta {t}}$.

El volumen de los alvéolos,${\displaystyle V_{A}}$, se determina por el grado en que el gas trazador se ha diluido al inhalarlo hacia los pulmones.

Similarmente,

dónde

${\ Displaystyle F_ {A_ {CO_ {O}}}}$es la concentración fraccional inicial de CO alveolar, calculada mediante la dilución del gas trazador.

${\displaystyle V_{B}}$es la presión barométrica

Existen otros métodos, menos utilizados actualmente, para medir la capacidad de difusión. Entre ellos se incluyen la capacidad de difusión en estado estacionario, que se determina durante la respiración normal, y el método de reinhalación, que requiere la reinhalación de una mezcla de gases almacenada en un depósito.

La capacidad de difusión del oxígeno${\ Displaystyle (D_ {L_ {O_ {2}}})}$es el factor de proporcionalidad que relaciona la tasa de captación de oxígeno en el pulmón con el gradiente de oxígeno entre la sangre capilar y los alvéolos (según las leyes de difusión de Fick ). En fisiología respiratoria , es conveniente expresar el transporte de moléculas de gas como cambios de volumen, ya que${\displaystyle {V_{O_{2}}}\propto {n_{O_{2}}}}$(es decir, en un gas, un volumen es proporcional al número de moléculas que contiene). Además, se considera que la concentración de oxígeno ( presión parcial ) en la arteria pulmonar es representativa de la sangre capilar. Por lo tanto,${\ Displaystyle (D_ {L_ {O_ {2}}})}$se puede calcular como la tasa a la que el pulmón absorbe oxígeno.${\displaystyle ({\dot {V}}_{O_{2}})}$dividido por el gradiente de oxígeno entre los alvéolos ("A") y la arteria pulmonar ("a").

(Para${\displaystyle {\dot {V}}}$(Por ejemplo, "V punto". Esta es la notación de Isaac Newton para la primera derivada (o tasa) y se usa comúnmente en fisiología respiratoria con este propósito).

${\displaystyle {\dot {V}}_{O_{2}}}$es la velocidad a la que el pulmón absorbe oxígeno (ml/min).

${\displaystyle P_{A_{O_{2}}}}$es la presión parcial de oxígeno en los alvéolos.

${\displaystyle P_{a_{O_{2}}}}$es la presión parcial de oxígeno en la arteria pulmonar.

${\displaystyle P_{v_{O_{2}}}}$es la presión parcial de oxígeno en las venas sistémicas (donde realmente se puede medir).

Por lo tanto, cuanto mayor sea la capacidad de difusión${\displaystyle D_{L}}$Cuanto mayor sea la cantidad de gas que se transfiere al pulmón por unidad de tiempo para un gradiente determinado de presión parcial (o concentración) del gas, mayor será la cantidad de gas que se transfiere al pulmón. Dado que es posible conocer la concentración de oxígeno alveolar y la tasa de captación de oxígeno, pero no la concentración de oxígeno en la arteria pulmonar, generalmente se utiliza la concentración de oxígeno venoso como una aproximación útil en el ámbito clínico.

La toma de muestras de la concentración de oxígeno en la arteria pulmonar es un procedimiento altamente invasivo, pero afortunadamente se puede utilizar otro gas similar que evita esta necesidad ( DLCO ). El monóxido de carbono (CO) se une de forma estrecha y rápida a la hemoglobina en la sangre, por lo que la presión parcial de CO en los capilares es insignificante y el segundo término del denominador puede ignorarse. Por esta razón, el CO es generalmente el gas de prueba utilizado para medir la capacidad de difusión y la${\displaystyle D_{L}}$La ecuación se simplifica a:

En general, un individuo sano tiene un valor de${\displaystyle D_{L_{CO}}}$entre el 75 % y el 125 % del promedio. ^{[ 4 ]} Sin embargo, los individuos varían según la edad, el sexo, la estatura y otros parámetros. Por esta razón, se han publicado valores de referencia, basados ​​en poblaciones de sujetos sanos ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} así como en mediciones realizadas en altitud, ^{[ 8 ]} para niños ^{[ 9 ]} y algunos grupos poblacionales específicos. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

Los niveles de CO en sangre pueden no ser insignificantes.

En fumadores empedernidos, el CO en sangre es lo suficientemente alto como para influir en la medición de${\displaystyle D_{L_{CO}}}$y requiere un ajuste del cálculo cuando la COHb es mayor que el 2% del total.

Los dos componentes de${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Mientras${\displaystyle (D_{L})}$Es de gran importancia práctica, ya que es la medida global del transporte de gases. La interpretación de esta medición se complica por el hecho de que no mide ninguna parte de un proceso de múltiples pasos. Por lo tanto, como ayuda conceptual para interpretar los resultados de esta prueba, el tiempo necesario para transferir CO del aire a la sangre se puede dividir en dos partes. Primero, el CO cruza la membrana capilar alveolar (representada por${\displaystyle D_{M}}$) y luego el CO se combina con la hemoglobina en los glóbulos rojos capilares a una velocidad${\displaystyle \theta }$veces el volumen de sangre capilar presente (${\displaystyle V_{c}}$). ^{[ 13 ]} Dado que los pasos están en serie, las conductancias se suman como la suma de los recíprocos:

Cualquier cambio en${\displaystyle V_{c}}$alteraciones${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

El volumen de sangre en los capilares pulmonares,${\displaystyle V_{c}}$, cambia apreciablemente durante actividades cotidianas como el ejercicio . Simplemente inhalar trae algo de sangre adicional a los pulmones debido a la presión intratorácica negativa necesaria para la inspiración. En el extremo, inspirar contra la glotis cerrada, la maniobra de Müller , atrae la sangre hacia el tórax. Lo contrario también es cierto, ya que la exhalación aumenta la presión dentro del tórax y, por lo tanto, tiende a expulsar la sangre; la maniobra de Valsalva es una exhalación contra las vías respiratorias cerradas que puede mover la sangre fuera de los pulmones. Así, respirar con fuerza durante el ejercicio traerá sangre adicional a los pulmones durante la inspiración y la expulsará durante la espiración. Pero durante el ejercicio (o más raramente cuando hay un defecto estructural en el corazón que permite que la sangre se desvíe de la circulación sistémica de alta presión a la circulación pulmonar de baja presión) también hay un aumento del flujo sanguíneo en todo el cuerpo, y el pulmón se adapta reclutando capilares adicionales para transportar el mayor gasto cardíaco, aumentando aún más la cantidad de sangre en los pulmones. Por lo tanto${\displaystyle D_{L_{CO}}}$parecerá aumentar cuando el sujeto no esté en reposo, particularmente durante la inspiración.

En caso de enfermedad, una hemorragia pulmonar aumentará el número de moléculas de hemoglobina en contacto con el aire y, por lo tanto, se medirá${\displaystyle D_{L_{CO}}}$aumentará. En este caso, el monóxido de carbono utilizado en la prueba se unirá a la hemoglobina que se haya filtrado al pulmón. Esto no refleja un aumento en la capacidad de difusión pulmonar para transferir oxígeno a la circulación sistémica.

Finalmente,${\displaystyle V_{c}}$aumenta en la obesidad y cuando el sujeto se acuesta, ambos aumentan la sangre en el pulmón por compresión y por gravedad y por lo tanto ambos aumentan${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

Razones por las que${\displaystyle \theta }$varía

La tasa de absorción de CO en la sangre,${\displaystyle \theta }$, depende de la concentración de hemoglobina en esa sangre, abreviada Hb en el CBC ( Recuento Sanguíneo Completo ). Hay más hemoglobina presente en la policitemia , y por lo tanto${\displaystyle D_{L_{CO}}}$está elevado. En la anemia , ocurre lo contrario. En ambientes con altos niveles de CO en el aire inhalado (como fumar ), una fracción de la hemoglobina de la sangre se vuelve ineficaz debido a su fuerte unión al CO, y por lo tanto es análogo a la anemia. Se recomienda que${\displaystyle D_{L_{CO}}}$debe ajustarse cuando el CO en sangre es alto. ^{[ 1 ]}

El volumen sanguíneo pulmonar también se reduce cuando el flujo sanguíneo se interrumpe por coágulos de sangre ( embolias pulmonares ) o se reduce por deformidades óseas del tórax, como la escoliosis y la cifosis .

Variar la concentración ambiental de oxígeno también altera${\displaystyle \theta }$A gran altitud, el oxígeno inspirado es bajo y hay más hemoglobina en la sangre libre para unirse al CO; por lo tanto${\displaystyle \theta }$se incrementa y${\displaystyle D_{L_{CO}}}$parece estar aumentado. Por el contrario, el oxígeno suplementario aumenta la saturación de Hb, disminuyendo${\displaystyle \theta }$y${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

Enfermedades pulmonares que reducen${\displaystyle D_{M}}$y${\displaystyle \theta *V_{c}}$

Las enfermedades que alteran el tejido pulmonar reducen ambos${\displaystyle D_{M}}$y${\displaystyle \theta *V_{c}}$en grado variable, y por lo tanto disminuye${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

1. Pérdida de parénquima pulmonar en enfermedades como el enfisema .
2. Enfermedades que dejan cicatrices en el pulmón ( enfermedad pulmonar intersticial ), como la fibrosis pulmonar idiopática o la sarcoidosis.
3. Inflamación del tejido pulmonar ( edema pulmonar ) debido a insuficiencia cardíaca o a una respuesta inflamatoria aguda a alérgenos ( neumonitis intersticial aguda ).
4. Enfermedades de los vasos sanguíneos del pulmón, ya sean inflamatorias ( vasculitis pulmonar ) o hipertróficas ( hipertensión pulmonar ).

Las afecciones pulmonares que aumentan${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

1. Hemorragia alveolar Síndrome de Goodpasture , ^{[ 14 ]} policitemia , ^{[ 15 ]} derivaciones intracardíacas de izquierda a derecha , ^{[ 16 ]} debido al aumento del volumen de sangre expuesto al gas inspirado.
2. El asma se produce por una mejor perfusión de los ápices pulmonares. Esto se debe a un aumento de la presión arterial pulmonar y/o a una mayor presión pleural negativa generada durante la inspiración debido al estrechamiento bronquial. ^{[ 17 ]}

En cierto sentido, es notable que la _DLCO haya conservado tanta utilidad clínica. La técnica se inventó hace un siglo para resolver una de las grandes controversias de la fisiología pulmonar: si el oxígeno y los demás gases se transportaban activamente dentro y fuera de la sangre a través del pulmón, o si las moléculas de gas se difundían pasivamente. ^{[ 18 ]} También es notable que ambas partes utilizaran la técnica para obtener evidencia de sus respectivas hipótesis. Para empezar, Christian Bohr inventó la técnica, utilizando un protocolo análogo a la capacidad de difusión en estado estacionario del monóxido de carbono, y concluyó que el oxígeno se transportaba activamente al pulmón. Su alumno, August Krogh, desarrolló la técnica de capacidad de difusión de una sola respiración junto con su esposa Marie , y demostró de manera convincente que los gases se difunden pasivamente, ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} un hallazgo que llevó a la demostración de que los capilares en la sangre se reclutaban para usarse según fuera necesario, una idea que ganó el Premio Nobel. ^{[ 26 ]}

• DLCO

• Mason RJ, Broaddus VC, Martin T, King T Jr., Schraufnagel D, Murray JF, Nadel JA. (2010) Libro de texto de Medicina Respiratoria. 5e. ISBN 978-1-4160-4710-0.
• Ruppel, GL (2008) Manual de pruebas de función pulmonar. 9.ª ed. ISBN 978-0-323-05212-2.
• West, J. (2011) Fisiología respiratoria: Lo esencial. 9.ª ed. ISBN 978-1-60913-640-6.
• West, J. (2012) Fisiopatología pulmonar: Lo esencial. 8.ª ed. ISBN 978-1-4511-0713-5.

• Capacidad de difusión pulmonar en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Enciclopedia MedlinePlus : 003854
• Guías de práctica clínica de la Asociación Estadounidense para el Cuidado Respiratorio
• Página principal de la Sociedad Americana de Fisiología
• Página principal de la Sociedad Torácica Americana
• Página principal de la Sociedad Respiratoria Europea