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Flujo de aire, volúmenes pulmonares y curva de flujo-volumen

Por James M. O’Brien, Jr., MD, MSc, Associate Professor, Center for Critical Care, Division of Pulmonary, Allergy, Critical Care and Sleep Medicine, The Ohio State University Medical Center

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Las mediciones del flujo de aire y el volumen pulmonar pueden utilizarse para diferenciar los trastornos pulmonares obstructivos de los restrictivos, caracterizar la gravedad y medir las respuestas al tratamiento. De modo característico, las mediciones se informan como flujos y volúmenes absolutos y como porcentajes de los valores esperados que utilizan datos provenientes de grandes poblaciones de personas que se supone tienen una función pulmonar normal. Las variables utilizadas para predecir estos valores normales son la edad, el sexo, la raza y la talla.

Flujo de aire

Las medidas cuantitativas del flujo inspiratorio y espiratorio se obtienen mediante la espirometría forzada. Se utilizan pinzas especiales para ocluir las fosas nasales.

En las evaluaciones del flujo espiratorio, los pacientes realizan una inspiración tan profunda como sea posible, con sus labios cerrados alrededor de una boquilla, y espiran con tanta fuerza y de una manera tan completa como puedan en un aparato que registra el volumen espirado (capacidad vital forzada [CVF; capacidad vital forzada]) y el volumen espirado en el primer segundo (el volumen espiratorio forzado en 1 segundo [VEF1]—ver figura Espirometría normal.). Los dispositivos más modernos miden sólo el flujo de aire e integran el tiempo para estimar el volumen espirado.

En las evaluaciones del flujo inspiratorio y el volumen, los pacientes espiran tan completamente como sea posible; después, inspiran con fuerza. Estas maniobras brindan varias medidas. La CVF es la cantidad máxima de aire que el paciente puede espirar con fuerza y es especialmente útil después de realizar una inspiración máxima. El VEF1 es el parámetro de flujo más reproducible y es especialmente útil para diagnosticar y monitorizar a los pacientes con trastornos pulmonares obstructivos (p. ej., asma, EPOC). El VEF1 y la CVF ayudan a diferenciar los trastornos pulmonares obstructivos y restrictivos. Un VEF1 normal indica que la enfermedad pulmonar obstructiva irreversible es improbable, mientras que un CVF normal sugiere que la enfermedad restrictiva es improbable.

Espirometría normal.

FEF25–75%= flujo espiratorio forzado durante la espiración del 25 al 75% de la CVF; El VEF1= volumen espiratorio forzado en el primer segundo de la maniobra de capacidad vital forzada; la CVF = la capacidad vital forzada (la cantidad máxima de aire espirado con fuerza después de una inspiración máxima).

El flujo espiratorio forzado promediado en el tiempo durante el cual se espira del 25 al 75% de la CVF puede ser un marcador más sensible de la limitación leve del flujo de aire de las vías respiratorias pequeñas que el VEF1, pero la reproducibilidad de esta variable es mala. El flujo espiratorio máximo (FEM) es el flujo máximo que se produce durante la espiración. Esta variable se utiliza sobre todo para monitorizar en el hogar a los pacientes con asma y para determinar las variaciones diurnas del flujo de aire.

La interpretación de estas medidas depende del esfuerzo por parte del paciente, que a menudo mejora si se lo ayuda durante la maniobra real. Las espirometrías aceptables demuestran un buen inicio de la prueba (p. ej., un comienzo rápido y con fuerza de la espiración), ausencia de tos, curvas lisas y ausencia de la terminación precoz de la espiración (p. ej., tiempo de espiración mínimo de 6 segundos sin cambio en el volumen durante el último segundo). Los esfuerzos reproducibles coinciden en hasta un 5% o 100 mL con otros esfuerzos. Los resultados que no cumplen estos criterios mínimos aceptables deben ser interpretados con precaución.

Volumen pulmonar

Los volúmenes pulmonares (ver figura Volúmenes pulmonares normales.) se miden mediante la determinación de la capacidad residual funcional (CRF) y con la espirometría.

Volúmenes pulmonares normales.

VRE = volumen de reserva espiratoria; CRF = capacidad residual funcional ; CI = capacidad inspiratoria; VRI = volumen de reserva inspiratoria; VR = volumen residual; CPT = capacidad pulmonar total; VC = capacidad vital; VT= volumen corriente.

CRF = VR + VRE; CI =VT + VRI; VC =VT+ VRI + VRE.

La CRF se mide mediante las técnicas de dilución de gases o pletismografía (que es más exacta en pacientes que tienen limitación del flujo de aire y gas atrapado).

Las técnicas de dilución de gas incluyen

  • Lavado de nitrógeno

  • Equilibrio del helio

En el lavado de nitrógeno, el paciente espira hasta la CRF y luego respira de un espirómetro que contiene O2 al 100%. La prueba termina cuando la concentración del nitrógeno espirado es cero (0). El volumen recolectado del nitrógeno espirado es igual al 81% de la CRF inicial.

Con el equilibrio del helio, el paciente espira hasta la CRF y luego es conectado a un sistema cerrado que contiene volúmenes conocidos de helio y O2. La concentración de helio se mide hasta que se iguala en la inspiración y la espiración, lo que indica que se ha equilibrado con el volumen de gas en el pulmón, que entonces puede ser estimado a partir del cambio que se produce en la concentración de helio.

Ambas técnicas pueden subestimar la CRF porque miden sólo el volumen pulmonar que comunica con las vías aéreas. En los pacientes con limitación intensa del flujo de aire, un volumen considerable del gas atrapado puede comunicarse muy poco o nada en absoluto.

La pletismografía corporal utiliza la ley de Boyle para medir el volumen compresible de gas dentro del tórax y es más precisa que las técnicas de dilución de gas. Tras sentar al paciente en una cabina hermética, éste trata de inspirar contra una boquilla cerrada desde la CRF. A medida que la pared torácica se expande, la presión en la cabina cerrada se eleva. Si se conoce el volumen preinspiratorio de la cabina y la presión en ésta antes y después del esfuerzo inspiratorio, puede realizarse el cálculo del cambio en el volumen de la cabina, que debe ser igual al cambio del volumen pulmonar.

El conocimiento de la CRF permite dividir los pulmones en subvolúmenes que pueden medirse con espirometría o ser calculados (ver figura Volúmenes pulmonares normales.). En general, la CRF representa cerca del 40% de la capacidad pulmonar total (CPT).

Curva de flujo-volumen

Al contrario de lo que sucede en la espirometría, que representa el flujo de aire (en L) en el tiempo (en segundos), la curva flujo-volumen (ver figura Curvas de flujo-volumen.) muestra el flujo de aire (en L/segundo) en función del volumen pulmonar (en L) durante la inspiración máxima desde la espiración completa (volumen residual [VR]) y durante la espiración máxima desde la inspiración completa (CPT). La principal ventaja de la curva flujo-volumen es que ésta puede mostrar si el flujo de aire es adecuado para un volumen pulmonar particular. Por ejemplo, el flujo de aire es normalmente más lento con volúmenes pulmonares bajos porque la retracción elástica es menor con estos volúmenes . Los pacientes con fibrosis pulmonar tienen volúmenes pulmonares bajos, y su flujo de aire parece estar disminuido si se mide de manera aislada. Sin embargo, cuando el flujo de aire se presenta como una función del volumen pulmonar, se torna evidente que el flujo de aire es en realidad más alto que el normal (como consecuencia del mayor retroceso elástico característico de los pulmones fibróticos).

Curvas de flujo-volumen.

(A) Normal. La rama inspiratoria de la curva es simétrica y convexa. La rama espiratoria es lineal. A menudo se miden y se comparan el flujo de aire en el punto medio de la capacidad inspiratoria y el flujo de aire en el punto medio de la capacidad espiratoria. El flujo de aire inspiratorio máximo (FIM) al 50% de la capacidad vital forzada (FIM 50% CVF) es mayor que el flujo de aire espiratorio máximo al 50% de la CVF (FEM 50% CVF) porque la compresión dinámica de las vías aéreas se produce durante la espiración.

(B) Trastorno obstructivo(p. ej., enfisema, asma). Aunque todo el flujo de aire está disminuido, predomina la prolongación espiratoria, y el FEM < FIM. El flujo espiratorio máximo se utiliza a veces para estimar el grado de obstrucción de la viá aérea, pero depende del esfuerzo del paciente.

(C) Trastorno restrictivo(p. ej., enfermedad pulmonar intersticial, cifoescoliosis). La curva está estrechada debido a la disminución de los volúmenes pulmonares. El flujo de aire es mayor que lo normal en volúmenes pulmonares comparables, dado que el aumento del retroceso de los pulmones mantiene abiertas las vías aéreas.

(D) Obstrucción fija de la vía aérea superior (p. ej., estenosis traqueal, bocio). Las partes superior e inferior de las curvas están aplanadas de modo que la configuración se aproxima a la de un rectángulo. La obstrucción fija limita el flujo de manera igual durante la inspiración y la espiración, y el FEM = FIM.

(E) Obstrucción variable extratorácica (p. ej., parálisis unilateral de la cuerda vocal, disfunción de la cuerda vocal). Cuando se paraliza una sola cuerda vocal, se mueve en forma pasiva con los gradientes de presión a través de la glotis. Durante la inspiración forzada, se desplaza hacia adentro y se produce una meseta de disminución del flujo inspiratorio. Durante la espiración forzada, se desplaza pasivamente hacia un lado y el flujo espiratorio no se altera. Por consiguiente, FIM 50% CVF < FEM 50% CVF.

(F) Obstrucción variable intratorácica (p. ej., traqueomalacia). Durante una inspiración forzada, la presión pleural negativa mantiene abierta la tráquea blanda. Con la espiración forzada, la pérdida del sostén estructural da lugar a un estrechamiento traqueal y una meseta de flujo disminuido. El flujo de aire se mantiene brevemente antes de que se produzca la compresión de la vía aérea.

Las curvas de flujo-volumen requieren que se midan los volúmenes pulmonares absolutos. Lamentablemente, muchos laboratorios sólo grafican el flujo de aire en función de la CVF; la curva flujo-CVF no tiene rama inspiratoria y, por consiguiente, no proporciona tanta información.

Patrones de alteraciones

Los trastornos respiratorios más frecuentes pueden clasificarse como obstructivos o restrictivos sobre la base del flujo de aire y los volúmenes pulmonares ( Cambios fisiológicos característicos asociados con los trastornos pulmonares).

Cambios fisiológicos característicos asociados con los trastornos pulmonares

Medida

Trastornos obstructivos

Trastornos restrictivos

Trastornos mixtos

VEF1/CVF

Disminuido

Normal o aumentado

Disminuido

VEF1

Disminuido

Disminuido, normal o aumentado

Disminuido

CVF

Disminuido o normal

Disminuido

Disminuido o normal

CPT

Normal o aumentado

Disminuido

Disminuido, normal o aumentado

VR

Normal o aumentado

Disminuido

Disminuido, normal o aumentado

VEF1= volumen espiratorio forzado en 1 segundo; CVF = capacidad vital forzada; VR = volumen residual; CPT = capacidad pulmonar total.

Trastornos obstructivos

Los trastornos obstructivos se caracterizan por la reducción del flujo de aire, sobre todo del VEF1 y el VEF1 expresado como porcentaje de la CVF (VEF1/CVF). El grado de reducción del VEF1 comparado con los valores esperados determina el grado del defecto obstructivo ( Gravedad de los trastornos pulmonares obstructivos y restrictivos*). Los trastornos obstructivos son causados por

  • Aumento de la resistencia al flujo de aire debido a alteraciones dentro de la luz de la vía aérea (p. ej., tumores, secreciones, engrosamiento de la mucosa)

  • Cambios en la pared de la vía aérea (p. ej., contracción del músculo liso, edema)

  • Disminución del retroceso elástico (p. ej., destrucción del parénquima que se produce en el enfisema)

Cuando se disminuye el flujo de aire, los tiempos espiratorios son más prolongados que lo habitual y el aire puede quedar atrapado en los pulmones debido al vaciado incompleto, lo que aumenta los volúmenes pulmonares (p. ej., CPT, VR).

Gravedad de los trastornos pulmonares obstructivos y restrictivos*

Su intensidad

Obstructiva

Restrictivo

VEF1/CVF (% teórico)

VEF1 (% del valor esperado)

CPT (% del valor esperado)

Normal

70

80

80

Leve

< 70

80

70–79

Moderada

< 70

50 VEF1<80

50–69

Grave

< 70

30 VEF1<50

< 50

Muy grave

< 70

< 30 o< 50 con insuficiencia respiratoria crónica

*La gravedad se basa sobre todo en VEF1/CVF y VEF1 para los trastornos obstructivos y en la CPT para los trastornos restrictivos.

Los criterios varían según las normas.

VEF1= volumen espiratorio forzado en 1 segundo; CVF = capacidad vital forzada; CPT = capacidad pulmonar total.

La mejoría de VEF1 y VEF1/CVF en 12% o 200 mL con la administración de un broncodilatador confirma el diagnóstico de asma o vía aérea hiperreactiva. Sin embargo, algunos pacientes con asma pueden tener función pulmonar normal, así como parámetros espirométricos normales entre las exacerbaciones. Cuando sigue habiendo un grado de sospecha alto para asma a pesar de los resultados normales en la espirometría, está indicada la prueba de provocación con metacolina, un análogo sintético que es un irritante bronquial inespecífico para detectar o descartar la broncoconstricción. En una prueba de provocación de metacolina, los parámetros espirométricos se miden al momento basal y después de la inspiración de concentraciones crecientes de metacolina. Los laboratorios tienen diferentes definiciones de hiperreactividad de la vía aérea, pero en general los pacientes que muestran una disminución de al menos el 20% en el VEF1 del valor basal (PC20) cuando la concentración de metacolina inhalada es < 1 mg/mL se considera diagnóstica del aumento de la reactividad bronquial, mientras que una PC20> 16 mg/mL descarta el diagnóstico. Los valores de PC20 entre 1 y 16 mg/mL no son concluyentes.

La prueba de esfuerzo puede utilizarse para detectar broncoconstricción inducida por el ejercicio, pero es menos sensible que la prueba de provocación con metacolina para detectar hiperreactividad general de la vía aérea. El paciente realiza un nivel constante de actividad en una cinta sin fin o en un cicloergómetro durante 6 a 8 minutos a una intensidad seleccionada para producir una frecuencia cardíaca del 80% del valor máximo esperado de dicha frecuencia. Se miden el VEF1 y la CVF antes y a los 5, 15 y 30 minutos después del ejercicio. El broncoespasmo inducido por el ejercicio reduce el VEF1 o la CVF 15% después de esta actividad. La hiperventilación voluntaria eucápnica también puede ser usada para diagnosticar broncoconstricción inducida por el ejercicio y es el método aceptado por el Comité Olímpico Internacional. La hiperventilación voluntaria eucápnica implica la hiperventilación de una mezcla gaseosa de 5% de CO2 y 21% de O2 al 85% de la ventilación voluntaria máxima durante 6 minutos. Después se mide el VEF1 en intervalos especificados posteriores a la prueba. Como sucede con otras pruebas de provocación bronquial, la disminución del VEF1, que es diagnóstica del broncoespasmo inducido por el ejercicio, varía según el laboratorio.

Trastornos restrictivos

Los trastornos restrictivos se caracterizan por la reducción del volumen pulmonar, específicamente, una CPT < 80% del valor esperado. La disminución de la CPT determina la gravedad de la restricción ( Gravedad de los trastornos pulmonares obstructivos y restrictivos*). La disminución de los volúmenes pulmonares causa una reducción del flujo de aire (VEF1 reducido—ver figura Curvas de flujo-volumen. B). Sin embargo, el flujo de aire en relación con el volumen pulmonar está aumentado, de modo que la relación VEF1/CVF es normal o está incrementada.

Los defectos restrictivos son causados por:

  • Pérdida del volumen pulmonar (p. ej., lobectomía)

  • Alteraciones de las estructuras que rodean el pulmón (p. ej., trastorno pleural, cifosis, obesidad)

  • Debilidad de los músculos inspiratorios de la respiración (p. ej., trastornos neuromusculares)

  • Alteraciones del parénquima pulmonar (p. ej., fibrosis pulmonar)

La característica común a todos ellos es una disminución de la distensibilidad de los pulmones o de la pared torácica.

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