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Espacio muerto (fisiología)

El espacio muerto es el volumen de aire inhalado que no participa en el intercambio gaseoso, ya sea porque permanece en las vías respiratorias de conducción o porque llega a alv...

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El espacio muerto es el volumen de aire inhalado que no participa en el intercambio gaseoso, ya sea porque permanece en las vías respiratorias de conducción o porque llega a alvéolos que no están perfundidos o lo están de forma deficiente . Esto significa que no todo el aire de cada respiración está disponible para el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono . Los mamíferos inhalan y exhalan a través de sus pulmones, desperdiciando la parte de la inhalación que permanece en las vías respiratorias de conducción, donde no se produce el intercambio gaseoso.

Componentes

El espacio muerto total (también conocido como espacio muerto fisiológico ) es la suma del espacio muerto anatómico y el espacio muerto alveolar.

Un diseño de ventilación que incluye espacios muertos, aunque aparentemente ineficiente, sí ofrece beneficios. [ 1 ]

  1. El dióxido de carbono se retiene, lo que posibilita la existencia de sangre e intersticio con un sistema tampón de bicarbonato .
  2. El aire inspirado se lleva a la temperatura corporal, aumentando la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y mejorando la captación de O₂ . [ 2 ]
  3. Las partículas quedan atrapadas en la mucosidad que recubre las vías respiratorias conductoras, lo que permite su eliminación mediante el transporte mucociliar .
  4. El aire inspirado se humidifica, mejorando la calidad del moco de las vías respiratorias. [ 2 ]

En los seres humanos, aproximadamente un tercio de cada respiración en reposo no presenta cambios en los niveles de O₂ y CO₂ . En los adultos, suele estar en el rango de 150 mL. [ 3 ]

El espacio muerto puede incrementarse (y visualizarse mejor) respirando a través de un tubo largo, como un snorkel . Aunque un extremo del snorkel está abierto al aire, al inhalar, el usuario aspira una cantidad significativa de aire que quedó en el tubo tras la exhalación anterior. Por lo tanto, un snorkel aumenta el espacio muerto de la persona al añadir aún más vía aérea que no participa en el intercambio de gases. [ 4 ] [ 5 ]

Espacio muerto anatómico

El espacio muerto anatómico es el volumen de las vías respiratorias conductoras (desde la nariz , la boca y la tráquea hasta los bronquiolos terminales). Estas conducen el gas a los alvéolos , pero no se produce intercambio gaseoso en ellas. En pulmones sanos, donde el espacio muerto alveolar es pequeño, el método de Fowler mide con precisión el espacio muerto anatómico mediante una técnica de lavado de nitrógeno con una sola respiración . [ 6 ] [ 7 ]

El valor normal del volumen del espacio muerto (en mL) es aproximadamente igual a la masa magra del cuerpo (en libras) y, en promedio, es alrededor de un tercio del volumen corriente en reposo (450-500 mL). En el estudio original de Fowler, el espacio muerto anatómico fue de 156 ± 28 mL (n=45 hombres) o el 26% de su volumen corriente. [ 6 ] A pesar de la flexibilidad de la tráquea y las vías respiratorias conductoras más pequeñas, su volumen total (es decir, el espacio muerto anatómico) cambia poco con la broncoconstricción o al respirar con dificultad durante el ejercicio. [ 6 ] [ 8 ]

Como las aves tienen una tráquea más larga y ancha que los mamíferos del mismo tamaño, poseen un espacio muerto anatómico desproporcionadamente grande, lo que reduce la resistencia de las vías respiratorias. Esta adaptación no afecta el intercambio de gases porque las aves hacen circular el aire a través de sus pulmones; no inhalan y exhalan como los mamíferos. [ 9 ]

Espacio muerto alveolar

El espacio muerto alveolar se define como la diferencia entre el espacio muerto fisiológico y el espacio muerto anatómico. Este espacio se compone de todas las unidades respiratorias terminales que se encuentran hiperventiladas en relación con su perfusión. Por lo tanto, incluye, en primer lugar, aquellas unidades que se ventilan pero no se perfunden, y en segundo lugar, aquellas unidades que presentan una relación ventilación-perfusión superior a uno.

El espacio muerto alveolar es insignificante en individuos sanos, pero puede aumentar drásticamente en algunas enfermedades pulmonares debido a un desequilibrio entre la ventilación y la perfusión .

Calculador

Así como el espacio muerto desperdicia una fracción del aire inhalado, también diluye el aire alveolar durante la exhalación. Al cuantificar esta dilución, es posible medir el espacio muerto fisiológico, empleando el concepto de balance de masa , expresado por la ecuación de Bohr . [ 10 ] [ 11 ]

VdVt=PAGaCO2−PAGmiCO2PAGaCO2{\displaystyle {\frac {V_{d}}{V_{t}}}={\frac {P_{a\,{\ce {CO2}}}-P_{e\,{\ce {CO2}}}}{P_{a\,{\ce {CO2}}}}}}
dóndeVd{\displaystyle V_{d}}es el volumen del espacio muerto yVt{\displaystyle V_{t}}es el volumen corriente;
PAGaCO2{\displaystyle P_{a\,{\ce {CO2}}}}es la presión parcial de dióxido de carbono en la sangre arterial, y
PAGmiCO2{\displaystyle P_{e\,{\ce {CO2}}}}es la presión parcial de dióxido de carbono en el aire espirado (exhalado) mezclado.

espacio muerto fisiológico

La ecuación de Bohr se utiliza para medir el espacio muerto fisiológico. Desafortunadamente, para usar la ecuación se requiere la concentración de dióxido de carbono (CO₂ ) en los alvéolos, pero este no es un valor único, ya que la relación ventilación-perfusión es diferente en las distintas unidades pulmonares, tanto en la salud como en la enfermedad. En la práctica, la presión parcial arterial de CO₂ se utiliza como una estimación de la presión parcial alveolar promedio de CO₂ , una modificación introducida por Henrik Enghoff en 1938 (Enghoff H. Volumen inefficax. Bemerkungen zur Frage des schadlichen Raumes. Upsala Läkarefören Forhandl., 44:191-218, 1938). En efecto, el valor único de pCO₂ arterial promedia los diferentes valores de pCO₂ en los distintos alvéolos, lo que permite utilizar la ecuación de Bohr.

La cantidad de CO₂ exhalada por los alvéolos sanos se diluye con el aire de las vías respiratorias conductoras (espacio muerto anatómico) y con el gas de los alvéolos hiperventilados en relación con su perfusión. Este factor de dilución se puede calcular una vez que se determina la pCO₂ espirada mixta en el aire exhalado (ya sea mediante el monitoreo electrónico del aire exhalado o recogiéndolo en una bolsa impermeable a los gases (bolsa Douglas) y midiendo posteriormente la pCO₂ del gas espirado mixto en la bolsa de recolección). Algebraicamente, este factor de dilución nos dará el espacio muerto fisiológico calculado mediante la ecuación de Bohr:

VfisiológicomuertoespacioVt=PAGaCO2−PAGmezcladovencióCO2PAGaCO2{\displaystyle {\frac {V_{\ce {espacio\,muerto\,fisiológico}}}{V_{t}}}={\frac {P_{a\,{\ce {CO2}}}-P_{\ce {CO2\,expirado\,mixto}}}{P_{a\,{\ce {CO2}}}}}}

Espacio muerto alveolar

El espacio muerto alveolar se determina como la diferencia entre el espacio muerto fisiológico (medido mediante la modificación de Enghoff de la ecuación de Bohr) y el espacio muerto anatómico (medido mediante la técnica de respiración única de Fowler).

Un índice clínico del tamaño del espacio muerto alveolar es la diferencia entre la presión parcial arterial de CO 2 y la presión parcial de CO 2 al final de la espiración .

espacio muerto anatómico

Para medir el espacio muerto anatómico se emplea una maniobra diferente: el sujeto de prueba exhala completamente, inhala profundamente de una mezcla de gases con 0 % de nitrógeno (generalmente 100 % de oxígeno) y luego exhala en un equipo que mide el nitrógeno y el volumen de gas. Esta exhalación final se produce en tres fases. La primera fase (fase 1) no contiene nitrógeno, ya que este es un gas 100 % oxígeno en el espacio muerto anatómico. La concentración de nitrógeno aumenta rápidamente durante la breve segunda fase (fase 2) y finalmente se estabiliza en la tercera fase (fase 3). El espacio muerto anatómico es igual al volumen exhalado durante la primera fase más el volumen hasta el punto medio de la transición de la fase 1 a la fase 3.

Paciente ventilado

La profundidad y frecuencia de nuestra respiración están determinadas por los quimiorreceptores y el tronco encefálico, y se ven modificadas por diversas sensaciones subjetivas. Durante la ventilación mecánica en modo obligatorio, el paciente respira a una frecuencia y volumen corriente determinados por la máquina. Debido al espacio muerto, respirar profundamente más lentamente (por ejemplo, diez respiraciones de 500 ml por minuto) es más eficaz que respirar superficialmente rápido (por ejemplo, veinte respiraciones de 250 ml por minuto). Aunque la cantidad de gas por minuto sea la misma (5 L/min), una gran proporción de las respiraciones superficiales corresponde a espacio muerto, lo que dificulta la entrada de oxígeno en la sangre.

espacio muerto mecánico

El espacio muerto mecánico o espacio muerto externo es el volumen en los conductos de un aparato respiratorio por donde fluye el gas respiratorio en ambas direcciones al inhalar y exhalar el usuario, lo que provoca que el último gas exhalado se inhale inmediatamente en la siguiente respiración, aumentando el volumen corriente y el esfuerzo respiratorio necesarios para obtener la misma cantidad de aire o gas respiratorio utilizable, e incrementando la acumulación de dióxido de carbono debido a respiraciones superficiales. En efecto, es una extensión externa del espacio muerto fisiológico. [ 12 ]

Puede reducirse mediante:

  • Utilizando conductos de entrada y salida separados con válvulas unidireccionales colocadas en cada conducto, generalmente entre cada conducto y la boquilla. Esto limita el espacio muerto al espacio comprendido entre las válvulas antirretorno y la boca o nariz del usuario. No todo el volumen entre las válvulas antirretorno es necesariamente espacio muerto, ya que el gas exhalado en conductos estrechos no necesariamente se mezclará bien con el gas fresco proveniente del conducto de inhalación, pero se puede asumir razonablemente que el gas exhalado más allá de las válvulas antirretorno de salida no se mezcla con el gas fresco si las válvulas funcionan correctamente. El espacio muerto efectivo total se puede minimizar manteniendo el volumen de este espacio muerto externo lo más pequeño posible, pero esto no debe aumentar indebidamente el trabajo respiratorio, que puede volverse crítico en aparatos respiratorios utilizados a alta presión ambiental. [ 13 ]
  • Con una máscara facial completa o un casco de buceo :
    • Mantener el volumen interior pequeño
    • Consiste en tener una pequeña mascarilla orinosal interna dentro de la máscara o casco principal, que separa el conducto respiratorio externo del resto del interior de la máscara.
    • En algunos modelos de máscara facial completa se incorpora una boquilla similar a las que se utilizan en los reguladores de buceo, que tiene la misma función que una máscara orinosal, pero que puede reducir aún más el volumen del espacio muerto externo, a costa de forzar la respiración bucal (y actuar como una mordaza, impidiendo hablar con claridad).

Efectos

El espacio muerto reduce la cantidad de aire fresco que llega a los alvéolos en cada respiración. Esto disminuye el oxígeno disponible para el intercambio gaseoso y la cantidad de dióxido de carbono que se puede eliminar. La acumulación de dióxido de carbono suele ser el efecto más notorio, a menos que el aire respirado sea hipóxico, como ocurre a gran altitud. El cuerpo puede compensar hasta cierto punto aumentando el volumen de aire inspirado, pero esto también incrementa el trabajo respiratorio y solo es efectivo cuando la relación entre el espacio muerto y el volumen corriente se reduce lo suficiente como para compensar la carga adicional de dióxido de carbono debida al aumento del trabajo respiratorio. La acumulación continua de dióxido de carbono provocará hipercapnia y dificultad respiratoria .

Cambios con el ejercicio

En personas sanas, V d es aproximadamente un tercio de V t en reposo y disminuye con el ejercicio a aproximadamente un quinto debido principalmente a un aumento en V t , ya que el espacio muerto anatómico no cambia mucho y el espacio muerto alveolar debería ser insignificante o muy pequeño. [ 14 ]

El espacio muerto externo de un aparato respiratorio determinado suele ser fijo, y este volumen debe sumarse al volumen corriente para proporcionar una ventilación eficaz equivalente a cualquier nivel de esfuerzo.

Véase también

Referencias

  1. ↑ West JB (2011). Fisiología respiratoria  : lo esencial (9.ª  ed.). Filadelfia: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-1-60913-640-6.
  2. 1 2 Williams R, Rankin N, Smith T, Galler D, Seakins P (noviembre de 1996). "Relación entre la humedad y la temperatura del gas inspirado y la función de la mucosa de las vías respiratorias". Critical Care Medicine . 24 (11): 1920– 9. doi : 10.1097/00003246-199611000-00025 . PMID 8917046 . 
  3. ↑ "Ventilación desperdiciada" . Ccmtutorials.com . Consultado el 27 de noviembre de 2013 .
  4. ↑ Toklu A, Kayserilioğlu A, Unal M, Ozer S, Aktaş S (abril de 2003). "Respuesta ventilatoria y metabólica a la reinhalación del aire espirado en el snorkel" . International Journal of Sports Medicine . 24 (3): 162– 5. doi : 10.1055/s-2003-39084 . PMID 12740732 . 
  5. ↑ Intagliata S, Rizzo A, Gossman W (4 de julio de 2023). "Fisiología, espacio muerto pulmonar" . Treasure Island, FL: StatPearls.
  6. 1 2 3 Fowler WS (1948). "Estudios de la función pulmonar. II. El espacio muerto respiratorio". American Journal of Physiology . 154 (3): 405– 416. doi : 10.1152/ajplegacy.1948.154.3.405 . PMID 18101134 . 
  7. ↑ Heller H, Könen-Bergmann M, Schuster K (1999). "Una solución algebraica para la determinación del espacio muerto según el método gráfico de Fowler". Comput Biomed Res . 32 (2): 161–7 . doi : 10.1006/cbmr.1998.1504 . PMID 10337497 . 
  8. ↑ Burke T, Küng M, Burki N (1989). "Intercambio de gases pulmonares durante la broncoconstricción inducida por histamina en sujetos asmáticos". Chest . 96 (4): 752– 756. doi : 10.1378/chest.96.4.752 . PMID 2791669 . 
  9. ↑ West J (2009). "Fisiología comparada de la barrera sangre-gas pulmonar: la solución aviar única" . American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology . 297 (6): R1625-34. doi : 10.1152 / ajpregu.00459.2009 . PMC 2803621. PMID 19793953 .  
  10. ^ Bohr, C. (1891). Über die Lungenathmung. Skánd. Arco. Fisiol. 2: 236-268.
  11. ↑ Klocke R (2006). "Espacio muerto: de la simplicidad a la complejidad". J Appl Physiol . 100 (1): 1– 2. doi : 10.1152/classicessays.00037.2005 . PMID 16357075 . Artículo archivado el 29/11/2006 en Wayback Machine.
  12. ↑ Balmain BN, Wilhite DP, Bhammar DM, Babb TG (2020). "El espacio muerto externo explica las diferencias de sexo en la respuesta ventilatoria al ejercicio submáximo en niños con y sin obesidad" . Fisiología respiratoria y neurobiología . 279. doi : 10.1016/j.resp.2020.103472 . ISSN 1569-9048 . PMC 7384949. PMID 32512232 .   
  13. ↑ Mitchell S, Cronje F, Meintjies W, Britz H (2007). "Fallo respiratorio fatal durante una inmersión técnica con rebreather a presión extrema". Aviat Space Environ Med . 78 (2): 81– 86. PMID 17310877 . 
  14. ↑ Balmain BN, Tomlinson AR, MacNamara JP, Sarma S, Levine BD, Hynan LS, Babb TG (28 de febrero de 2022). "Espacio muerto fisiológico durante el ejercicio en pacientes con insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada" . Journal of Applied Physiology . 132 (3): 632– 640. doi : 10.1152/japplphysiol.00786.2021 . PMC 8897014. PMID 35112932 .  

Lecturas adicionales

  • Arend Bouhuys. 1964. «Espacio muerto respiratorio». En Manual de fisiología. Sección 3: Respiración. Vol. 1. Wallace O. Fenn y Hermann Rahn (eds.). Washington: Sociedad Americana de Fisiología.
  • John B. West. 2011. Fisiología respiratoria: Lo esencial. Lippincott Williams & Wilkins; Novena edición. ISBN 978-1609136406.
  • La página de "Espacio muerto" en el sitio web de Fisiología Respiratoria Interactiva de la Facultad de Medicina de Johns Hopkins .