4. CAUSAS FISIOPATOLÓGICAS DE FALLO RESPIRATORIO AGUDO

La limitación de la difusión es una causa poco habitual de hipoxemia clínicamente significativa.

La reducción de la presión parcial de O₂ inspirado y la mezcla venosa mixta son otras causas potenciales, pero más infrecuentes.

4. 1. HIPOVENTILACIÓN

La hipoventilación pura es una circunstancia clínica poco frecuente, asociado, en la mayoría de los casos, a uno o más mecanismos causantes de hipoxemia arterial. Cuando ésta ocurre, está usualmente causada por la depresión del sistema nervioso central o por enfermedades neuromusculares que afecten a los músculos respiratorios. La hipoventilación implica un inadecuado recambio de aire fresco alveolar necesario para el mantenimiento de una PaCO₂ normal, de aquí se deduce que existirá siempre una elevación de la PaCO₂ (9).

En estado estable, la producción de CO₂ (VCO₂) en ml/minuto es igual que la cantidad total de CO₂ espirado. La cantidad de CO ₂ eliminado debe venir del volumen minuto (VE) y de la concentración fraccional de CO₂ en el gas alveolar (FACO₂). Como el VE es igual al volumen alveolar (VA), que se define como aquella parte del VE que interviene realmente en el intercambio gaseoso representando unos 2/3 del total, más el volumen del espacio muerto (VD), que representa el tercio restante y que no participa en dicho intercambio, el volumen de CO₂ producido eliminado por unidad de tiempo (VCO₂) es proporcional a la ventilación alveolar (VA) y a su concentración fraccional (FACO₂):

Dado que en circunstancias estables, la FACO₂ y la PaCO₂ son prácticamente iguales, esta ecuación puede ser reordenada, y expresada en:

La constante 0.863 es un factor de corrección, porque la VCO₂ es expresada de forma convencional a temperatura y presión estándar, y aire seco (STPD), y la VA a temperatura corporal, presión ambiente y aire saturado de vapor de agua (BTPS). Esta fórmula también implica que la PaCO₂ es igual a la PACO₂; una presunción que es verdadera por término medio, aunque no para todos los alvéolos. Si la ventilación alveolar se divide, la PaCO₂ se dobla (asumiendo que la producción de CO₂ no se modifica).

La elevación en PaCO₂ conduce hacia un segunda disminución de la PAO₂, como se deduce por la ecuación del gas alveolar. La hipoxemia asociada con hipoventilación no es el resultado de un intercambio gaseoso ineficaz, sino, por el contrario, de un fuelle ventilatorio inadecuado o, menos común, de una anormalidad en el patrón ventilatorio.

La diferenciación de la hipoventilación de otras causas de anormalidad de los gases arteriales es realizada por la presencia de una D(A-a)O₂ normal para la PO₂, siempre que no exista una enfermedad pulmonar coexistente, porque entonces sí podremos encontrar una D(A-a)O₂ elevada . Además, debido a que se producen cambios arteriales contrapuestos de PCO₂ y PO₂ por casi la misma cuantía durante la hipoventilación, la contribución de la misma en la hipoxemia arterial del paciente puede ser evaluada, de tal forma que si hay diferencias notables, en diferentes direcciones, entre la PaO₂ y PaCO ₂ hay que pensar en la existencia de anormalidades de la perfusión o a un efecto shunt (atelectasias, aspiración, etc) sobreañadido.

Si consideramos que la VA = VE - VD, podemos deducir que la disminución del VE o el aumento del VD producirán una disminución del VA.

La disminución del VE puede deberse a diversos factores: a) disminución del estímulo del centro respiratorio por alteraciones del SNC; b) alteración en la transmisión del impulso nervioso; c) disfunción de los músculos respiratorios o de la caja torácica, y d) obstrucción de las vías aéreas altas o afección pleural. Se producirá hipercapnia, acompañada de mayor o menor hipoxemia, si no se reduce paralelamente el consumo de O₂ (10).

El aumento del VD se produce principalmente por la existencia de unidades alveolares bien ventiladas pero mal perfundidas, por lo que la ventilación se desperdicia. Un ejemplo típico es el tromboembolismo pulmonar, donde se producirá una redistribución de la sangre hacia unidades bien perfundidas, con la consecuente alteración de la V/Q. Se producirá hipoxemia variable y el gradiente D(A-a)O₂ estará aumentado. Un mecanismo compensador será incrementar el volumen minuto, pero llegado a cierto límite, dicho esfuerzo ventilatorio no podrá ser mantenido y se producirá hipercapnia.

Por tanto, las tres características fisiopatológicas de la hipoventilación alveolar son la hipercapnia, el mantenimiento de una D(A-a)O₂ normal (con la salvedad de la hipoventilación en pulmones patológicos) y la correción de la hipoxemia con la administración de oxigenoterapia.

4. 2. DESEQUILIBRIOS EN LA VENTILACIÓN/PERFUSIÓN.

Es el mecanismo más frecuente de produccción de una desaturación importante del O₂. El pulmón no es una unidad simple de intercambio gaseoso, sino, por el contrario, unos 300 millones de unidades alveolares con diferentes relaciones V/Q. Por lo tanto, en todas las personas sanas, existe algún disbalance de la V/Q. Esta compleja distribución de ventilación y de perfusión varía ante influencias gravitacionales, cambios en la posición corporal y por cambios en el volumen pulmonar (11, 12).

El índice V/Q puede variar desde cero (unidades perfundidas pero no ventiladas), hacia el infinito (unidades ventiladas pero no perfundidas, o espacio muerto), y es el principal determinante de la composición final de O₂ y CO ₂ en el capilar pulmonar, en cualquier unidad pulmonar (13). En pacientes jóvenes normales, la distribución V/Q en el pulmón varía desde 0.6 a 3, y la distribución media está usualmente alrededor de 1 (11). Con la edad, hay un incremento gradual en la desigualdad de V/Q. Cuando se desarrolla la enfermedad pulmonar, la distribución V/Q puede llegar a ser muy anormal, tanto por la existencia de unidades alveolares con relaciones V/Q altas como bajas.

Las unidades con baja V/Q pueden contribuir al desarrollo de hipercapnia e hipoxemia, por elevación de la PaCO₂ y el descenso de la PaO₂. Siempre se producirá hipoxemia, con o sin hipercapnia dependiendo del grado deterioro y de las características individuales de cada caso. Como contraste, la unidades con alta V/Q desperdician ventilación, pero tienen escasos efectos adversos en los gases arteriales. Se desarrollan, más a menudo, unidades con bajas V/Q por baja ventilación, debido a los cambios estructurales de las vías aéreas o por broncoespasmo (como en la broncopatía crónica obstructiva, asma o en la enfermedad intersticial).

Una unidad con V/Q baja también puede resultar de una sobreperfusión con ventilación normal. Esta situación puede ocurrir después de grandes embolias pulmonares, donde el flujo es derivado a las zonas indemnes (14). Por el contrario, regiones pulmonares afectadas de obstrucción de vasos pulmonares pueden desarrollar una alta relación V/Q o espacio muerto, dependiendo de que esté o no totalmente obstruido el vaso. La causa más común de alta V/Q es el enfisema, en el cual la reducción de la perfusión causada por la destrucción de las paredes de los capilares pulmonares, es a menudo mayor que la disminución de la ventilación (15).

Una V/Q alta también puede observarse durante la ventilación mecánica, por las altas presiones alveolares generadas por dicha ventilación, con la consecuente redistribución del flujo sanguíneo (16).

Hay reflejos pulmonares que minimizan los grados de V/Q inadecuados, tales como la vasoconstricción hipóxica. Una disminución en la V/Q conduce al desarrollo de hipoxia alveolar, resultando una vasoconstricción en la perfusión arteriolar (17). Esto tiene un efecto beneficioso en el intercambio gaseoso. No se conoce con exactitud el mecanismo por el cual la hipoxia alveolar es percibida, y se produce como respuesta la vasoconstricción, pero pueden involucrar la liberación de uno o más mensajes humorales.

Muchos factores pueden suprimir o interferir significativamente con la vasocontricción hipóxica. Ciertas drogas, incluyendo el nitroprusiato, nitroglicerina, bloqueantes de los canales del calcio, beta-2 agonistas e inhalación de anestésicos, pueden interferir con la vasoconstricción hipóxica (18). Además, la elevación de la presión atrial izquierda y la presencia de infección o inflamación pulmonar pueden igualmente intervenir (19). Cuando la hipoxia está presente de forma crónica y difusa en el pulmón, la ventaja de la vasocontricción hipóxica puede ser eclipsada por el desarrollo de una hipertensión pulmonar, que puede de forma consecutiva conducir hacia el fallo ventricular derecho. Esto explica el elevado gradiente entre la presión diastólica de arteria pulmonar y la presión en cuña pulmonar, hecho que puede observarse en pacientes con síndrome de distress respiratorio del adulto.

El desarrollo de una inadecuada relación V/Q tiene efectos importantes en el intercambio gaseoso pulmonar e interfiere con la transferencia de O₂ y del CO ₂, produciendo una defectuosa oxigenación, tanto más severa cuanto más acentuado sea el trastorno (20). Se podría esperar que los paciente con una inadecuada V/Q tengan hipoxemia e hipercapnia, sin embargo, incluso pequeños incrementos en la PCO₂ activan los quimioreceptores y estimula la ventilación minuto. El incremento de la ventilación minuto es dirigido, más a menudo, hacia unidades pulmonares que están entre las mejor ventiladas. El incremento de la V/Q en estas unidades conducen hacia un aumento en la PO₂ al final del capilar; sin embargo, debido a la morfología de la curva de disociación de la hemoglobina, este incremento en la PO₂ resulta en un mínimo aumento en el contenido de O₂ de la sangre de salida de estos capilares pulmonares (Figura 3). Por lo tanto, cuando se combina con la sangre desaturada que viene del pulmón aún pobremente ventilado (baja V/Q), sólo hay una pequeña mejora en la PO₂ arterial. La curva de disociación del CO₂, por el contrario, es lineal en todo su trayecto. De aquí se deduce, que la disminución en el alvéolo y capilar terminal del valor de la PCO₂ con el incremento de la V/Q en las unidades bien ventiladas, produce una disminución en el contenido de CO₂ final de la sangre (13).

El trastorno gasométrico hipoxemia-hipercapnia secundario a los desequilibrios de la V/Q, se diferencian del secundario de la hipoventilación alveolar pura en que, en los primeros la VE siempre estará conservada, e incluso aumentada, y que la D(A-a )O₂ siempre es elevada. La oxigenoterapia constituye un tratamiento sintomático eficaz.

4. 3. SHUNT.

El shunt o cortocircuito sanguíneo fisiológico es definido como un incremento en la D(A-a)0₂ durante la respiración con aire ambiente, y es debida al shunt anatómico derecho izquierdo, o por una perfusión continuada de unidades pulmonares no ventiladas (V/Q=0) (8).

Esto ocurre rutinariamente en la circulación bronquial y en las de las venas de Tebesio, y representa un 2-3% en sujetos normales. El incremento del shunt puede desarrollarse a través de canales anatómicos del lado derecho del corazón hacia el lado izquierdo, así como por defecto del septum atrial o ventricular, un conducto arterioso persistente o conexiones arteriovenosas dentro del pulmón.

Mas común, es el resultado del paso de sangre a través de los capilares de alveolos rellenos con fluidos inflamatorios o atelectasiados, y que están, a menudo, mal ventilados. El shunt podría ser considerado como una anormalidad extrema de la V/Q, como ocurre en la perfusión de zonas mal ventiladas.

El shunt es el mecanismo principal que explica la hipoxemia en el edema pulmonar severo de origen cardiogénico y no cardiogénico, y es la principal anormalidad observada en neumonías y atelectasias (16, 19, 21).

Pequeñas cantidades de shunt causan hipoxemia significativa, debido a que se mezcla con sangre bien oxigenada, y será tanto más severa cuanto mayor sea el cortocircuito (22).

La hipercapnia es un hecho raro, en tanto que la ventilación minuto se incrementa, y sólo se encuentra cuando el shunt es muy grande (más del 50%) (23). La hipoxemia del shunt es bastante refractaria a su corrección con aporte suplementario de O₂ (FIO₂). Este hecho, es usado a menudo clínicamente para diferenciar el verdadero shunt de las alteraciones de la V/Q.

Los niveles de shunt en modelos animales con enfermedad pulmonar difusa, así como en pacientes con edema pulmonar, varían directamente con los cambios en el gasto cardíaco (24, 25). El mecanismo de estas relaciones no es conocido con certeza, aunque se piensa que es debido, en parte, a cambios concomitantes en la PvO₂ y a los efectos sobre el tono vascular (26).

Después de la respiración con O₂ al 100% durante 15 minutos todos los alvéolos están presumiblemente llenos de oxígeno puro. En consecuencia, el porcentaje del shunt derecha-izquierda puede ser calculado por la siguiente fórmula:

En esta ecuación, C indica contenido, y las letras minúsculas c, a y v indican capilar final, arterial, y mezcla venosa mixta. Para la realización de estos cálculos las tensiones de oxígeno en el final del capilar y en el alvéolo son presumidas como equivalentes. Para un paciente respirando oxígeno puro, la fracción de shunt menor del 25% puede ser estimada rápidamente dividiendo la diferencia en el alveolo de tensiones arteriales de O₂ por 20 (670 - PaO₂/20 al nivel del mar), asumiendo que la CvO₂ es normal.

Cuando se inspira fracciones de O₂ menores de 1, el shunt verdadero no puede ser estimado por el análisis del contenido de oxígeno. Una forma aproximada de cálculo se puede obtener observando la proporción PaO₂ con respecto a la PAO₂ y la diferencia entre las tensiones de oxígeno arterial y alveolar.

Otro indicador usado comúnmente del intercambio del gas es la relación entre PAO₂ y FIO₂.

4. 4. ANOMALÍAS EN LA DIFUSIÓN.

La alteración en la difusión tiene un papel menos relevante en la hipoxemia arterial, y fundamentalmente debe ser tenido en cuenta durante el ejercicio, especialmente si se realiza a gran altitud (11). Incluso en pacientes con severa afectación pulmonar y reducción marcada de la difusión pulmonar, los desequilibrios de la V/Q y el shunt juegan un papel mucho más importante en la PaO₂ final.

Esta situación no comporta, en reposo, ninguna repercusión funcional, dado que el tiempo del tránsito del hematíe a través del capilar pulmonar permite alcanzar el equilibrio entre PAO₂ y la PaO₂ en el capilar pulmonar. Como es lógico, la D(A-a)O₂ está aumentada y, tras la administración de oxígenoterapia al 100%, durante unos 15 minutos, la PaO₂ aumenta sin dificultad.

4. 5. REDUCCIÓN DE LA PRESIÓN PARCIAL DE O₂ INSPIRADO (BAJA PIO₂).

La hipoxia producida por la respiración a bajas concentraciones de O₂ es rara. Puede ocurrir en situaciones en las cuales el O₂ el diluido por concentraciones de algún otro gas (por ejemplo en habitáculos con humo, o en minas con bolsas de CO₂ o metano), cuando el O₂ es consumido por fuego, o cuando se asciende a gran altitud, debido a que la PIO₂ depende de la presión barométrica. La PIO₂ normal de 150 a nivel del mar disminuye a 38 mmHg en la cumbre del monte Everest. Así mismo en los vuelos comerciales las cabinas están presurizadas para simular una altitud de 3.000 metros, ofreciendo una PIO₂ de sólo unos 100 mmHg (27, 28). El gradiente alveolo-arterial deO₂ será normal. Generalmente se asocia a una hiperventilación con la consiguiente hipocapnia.

4. 6. MEZCLA VENOSA.

La PaO₂ y PaCO₂ va a venir determinada en parte por la mezcla de sangre venosa mixta con sangre oxigenada al final del capilar. El grado de mezcla venosa es influenciado por el gasto cardíaco y el contenido de O₂ venoso mixto. El grado por el cual la PO₂ venosa mixta cambia la PO₂ al final del capilar depende de la cantidad del gasto cardíaco que perfunde zonas pulmonares con baja relación V/Q. Si el consumo de O₂ no varía, todo incremento del gasto cardíaco comporta una elevación del valor del contenido venoso mixto de O₂ y viceversa. La disminución en la PO₂ y PCO₂ venosa mixta usualmente tiene un pequeño efecto en la PO₂ y PCO₂ arterial de pacientes con pulmones normales, porque la cantidad de mezcla venosa es pequeña, excepto cuando el gasto cardíaco es muy bajo, como en los pacientes en shock.

En presencia de enfermedad pulmonar, sin embargo, el contenido venoso mixto de O₂ tiene un considerable efecto en la composición última de la sangre arterial. Los factores causantes de una baja PvO₂, aparte del bajo gasto cardíaco, son una concentración de Hb baja y un incremento del VO₂ , como puede ocurrir en los estados hipermetabólicos (fiebre, ejercicio, tirotoxicosis, etc). Esencialmente cualquier mecanismo que causa una disparidad entre requerimientos de O₂ y liberación de O₂ puede causar una PvO₂ baja. Una baja PvO₂ juega un mayor papel en la hipoxemia del embolismo pulmonar agudo y en la desaturación durante el ejercicio en pacientes con enfermedades pulmonares crónicas (29, 30, 31).