La relación ventilación-perfusión (V/Q)
La relación ventilación-perfusión es exactamente lo que crees que debería ser: la relación entre la cantidad de aire que llega a los alvéolos (la ventilación alveolar, V, en ml/min) y la cantidad de sangre que se envía a los pulmones (el gasto cardíaco o Q – también en ml/min). Calcular la relación V/Q es bastante fácil –
V/Q = ventilación alveolar/gasto cardíaco
V/Q = (4 l/min)/(5 l/min)
(aquí sólo he utilizado los valores «medios» en reposo para cada uno de nuestros parámetros)
V/Q = 0.8
Lamentablemente, este número no nos es realmente tan útil (por qué será que las cosas fáciles de calcular nos dicen muy poco????) y nunca os pediré que calculéis la relación V/Q en una prueba. Lo que nos resulta más útil son las consecuencias de las diferencias en la relación V/Q que existen en distintas partes del pulmón. Por ello, solemos hablar de relaciones V/Q altas o bajas sin asignarles nunca un valor numérico.
Primera cosa a tener en cuenta: ¿Por qué es importante la relación V/Q?
Como hemos visto anteriormente, la relación V/Q es el equilibrio entre la ventilación (aportar oxígeno a/retirar CO2 de los alvéolos) y la perfusión (retirar O2 de los alvéolos y añadir CO2). La relación V/Q es importante porque la relación entre la ventilación y la perfusión es uno de los principales factores que afectan a los niveles alveolares (y por tanto arteriales) de oxígeno y dióxido de carbono.
En condiciones normales, 4 litros de ventilación cada minuto entran en el tracto respiratorio mientras que 5 litros de sangre pasan por los capilares pulmonares. Esta proporción (el 0,8 que hemos calculado anteriormente) nos da los gases sanguíneos normales:
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Variable
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Valor normal
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PAO2
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~ 100 mm Hg
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PACO2
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40 mm Hg
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PaO2
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95 – 100 mm Hg
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PaCO2 |
40 mm Hg
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Nota que estoy asumiendo que los pulmones son normales aquí por lo que la difusión está ocurriendo normalmente (el hecho de que los valores arteriales y alveolares son iguales o cercanos es lo que lo delata). No tenemos que hacer esa suposición ya que hablamos de relaciones V/Q, pero yo lo hice en estos cálculos normales.
Hay dos maneras de cambiar la relación V/Q (prepárense para una descarga): Se puede cambiar la ventilación y/o la perfusión (seguro que estáis escandalizados). Voy a discutir lo que sucede cuando hacemos un solo cambio primero – fisiológicamente, se ven cambios compensatorios para mantener la homeostasis, pero los discutiremos más tarde.
Lo primero que puedo hacer es disminuir la relación V/Q. Una disminución de la relación V/Q se produce disminuyendo la ventilación o aumentando el flujo sanguíneo (sin alterar la otra variable). Ambas tendrán el mismo efecto: los niveles alveolares (y por tanto arteriales) de oxígeno disminuirán y el CO2 aumentará. La razón de cada uno de estos cambios es simple:
- Una disminución de la ventilación (sin un cambio compensatorio en la perfusión) significa que no estamos trayendo suficiente oxígeno para satisfacer nuestra necesidad metabólica de oxígeno (el consumo de oxígeno), así como no soplamos suficiente CO2 para deshacernos del CO2 que producimos. Es fácil para nosotros averiguar por qué los gases sanguíneos alveolares y arteriales cambian de la forma en que lo hacen con una disminución de la ventilación.
- Un aumento de la perfusión tendrá el mismo efecto en los gases sanguíneos porque un aumento de la perfusión (sin un cambio compensatorio en la ventilación) significa que vienen más células sanguíneas a eliminar el oxígeno del alvéolo al entregar más CO2 del que se exhalará.
Cuando se considera una disminución de la relación V/Q, lo único que hay que recordar es:
- La ventilación no está siguiendo el ritmo de la perfusión.
- Los niveles alveolares de oxígeno disminuirán, lo que llevará a una disminución de los niveles arteriales de oxígeno (PaO2)
- Los niveles alveolares de CO2 aumentarán (no nos estamos deshaciendo de él tan rápido), llevando también a un aumento del CO2 arterial.
También puedo aumentar la relación ventilación-perfusión. La buena noticia es que, para nuestros propósitos, el aumento de la relación V/Q hace exactamente lo contrario de una disminución…
Para producir un aumento de la relación ventilación-perfusión, puedo hacer una de estas dos cosas:
- Aumentar la ventilación (llevar más oxígeno a los alvéolos, expulsar más CO2 de los pulmones)
- Disminuir la perfusión (para que la sangre se lleve menos oxígeno, entregue menos CO2).
- Esto llevará a un aumento de la PAO2 (y por tanto de la PaO2)
- y a una disminución de la PACO2 y de la PaCO2
Resumiendo, un aumento de la relación V/Q significa que la ventilación es superior a las necesidades metabólicas que está cubriendo la perfusión, por lo que expulsamos CO2 (bajamos la PACO2) y aumentamos nuestra PAO2 (y PaO2).
Cambiando la relación V/Q fisiológicamente
Cada vez que te pones de pie, el flujo de sangre a las diferentes partes del pulmón (ápice vs. base) cambia debido a la gravedad. Fluye más sangre a la base del pulmón que la que va al ápice. Esto crea un desajuste V/Q (o desigualdad) y cambia los valores de los gases sanguíneos de la sangre arterializada que sale de cada región de los pulmones. Ya sabéis lo que es un desajuste o desigualdad V/Q, aunque no había escrito ese término antes: es cuando una de las dos variables cambia con un cambio equivalente en la otra variable (¡justo de lo que estábamos hablando!).
En el caso de estar de pie, más sangre va a la base del pulmón, mientras que relativamente menos aire llega allí. Eso significa que vemos una relación V/Q BAJA y PAO2 y PaO2 bajas.. (junto con una PCO2 elevada). Se estima que la sangre que sale de la base de los pulmones tiene una PaO2 de 89 mm Hg y una PaCO2 de 42 mm Hg.
En el ápice del pulmón, obtenemos relativamente menos sangre (la gravedad tira de ella hacia abajo, no hacia arriba) y una ventilación relativamente alta, por lo que tenemos una relación V/Q alta. Sorprendentemente, esto conduce a un aumento de los niveles de oxígeno alveolar y arterial, al tiempo que disminuye el dióxido de carbono. Se estima que la sangre que sale del ápice de cada pulmón en una persona de pie tiene una PaO2 de 130 mm Hg y una PaCO2 de 28 mm Hg.
La parte media de los pulmones tiene una buena correspondencia entre la sangre y la ventilación – se considera que la sangre arterial que sale de esta zona de los pulmones tiene nuestros valores estándar de gases en sangre: PaO2 = 100 mm Hg y PaCO2 de 40 mm Hg.
Los gases sanguíneos arteriales que se miden desde la periferia son el resultado de la mezcla de la sangre de las tres áreas del pulmón. La sangre bien oxigenada del ápice del pulmón tiene un efecto relativamente pequeño porque el volumen es relativamente pequeño (eso sería la baja perfusión). Por otro lado, la base del pulmón recibe mucha sangre, por lo que tiene un gran efecto en la mezcla.
Cambiando la relación V/Q patológicamente
Así como la bipedestación cambia la relación V/Q en una persona normativa, varias patologías cambiarán la entrega de sangre y/o la ventilación para alterar la relación V/Q. Esto es crucial porque puede sumarse a las alteraciones de los gases sanguíneos producidas directamente por la patología. Empezaremos con dos ejemplos extremos y luego pasaremos a alteraciones más sutiles.
Aumentar la relación V/Q hasta el infinito: Matemáticamente, la división entre cero produce la respuesta de infinito – por lo que se produce un aumento de V/Q hasta el infinito cuando la perfusión llega a cero. En un paciente, las regiones de flujo sanguíneo cero serán el resultado de una embolia pulmonar que bloquea el flujo sanguíneo. Por el bien del argumento, supongamos que un poco de sangre puede pasar. Esta sangre estará muy bien oxigenada (mucha ventilación, poca perfusión) y tendrá un CO2 muy bajo. De hecho, los gases sanguíneos arteriales en esta situación se acercarán (pero no se convertirán) a los atmosféricos (PaO2 ~ 140 mmHg; PaCO2 ~ 0 mmHg). Esto suena muy bien EXCEPTO por dos cosas:
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No llega mucha sangre a estos alvéolos, por lo que el volumen de sangre en esta condición es muy bajo. Sin embargo, siguen llegando 5 litros de sangre a los pulmones cada minuto: la sangre que no puede llegar a la zona del pulmón afectada por la embolia se desvía a otras partes del pulmón (lo que lleva a una relación V/Q baja en esas partes del pulmón).
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Desperdiciamos energía al llevar la ventilación a esta zona – de hecho, esto es espacio muerto alveolar.
Más cambios sutiles en la relación V/Q: Muchas enfermedades pulmonares producen cambios en la relación V/Q que no son consistentes en todo el pulmón. Un ejemplo fácil de visualizar de esto es lo que ocurre en la EPOC/enfisema. Como hemos comentado en clase, esta enfermedad provoca la destrucción de los alvéolos, lo que lleva a la creación de grandes espacios de aire y a la pérdida de capilares en los pulmones. Los grandes espacios de aire significan que parte del aire respirado no se acerca a una célula sanguínea, mientras que la pérdida de capilares significa que algunas zonas del pulmón no reciben mucha sangre, mientras que otras reciben demasiada. Esto significa que algunas zonas del pulmón tienen una relación V/Q alta (buenas noticias: gases sanguíneos arteriales relativamente buenos, malas noticias: muy poca sangre que va allí para hacer una diferencia real) y otras tienen una relación V/Q baja (mucha sangre que va allí, pero la sangre arterial tiene poco oxígeno y mucho CO2. Estos desajustes V/Q son importantes para contribuir a la hipoxia e hipercapnia que se observa.
Medidas adoptadas por el cuerpo para normalizar la relación V/Q: El cuerpo tiene un par de mecanismos que tienden a normalizar la relación V/Q siempre que los desajustes se limiten a zonas restringidas del pulmón. Estos incluyen:
- Vasoconstricción hipóxica: En los casos en los que la relación V/Q es baja (mucha sangre o poca ventilación), puede producirse una vasoconstricción hipóxica que hace que la sangre que llega a la zona se dirija a otras partes del pulmón. La disminución de la perfusión de la región hipóxica elevará la relación V/Q y hará que los gases sanguíneos arteriales se acerquen a lo que esperamos.
- Broncoconstricción: En casos de relación V/Q elevada, los bronquios se contraerán ligeramente para aumentar la resistencia y disminuir la cantidad de ventilación que llega a una zona que no está bien perfundida (aunque no la cerrará del todo). Esto limita la cantidad de espacio muerto alveolar que se produce y minimiza el trabajo «desperdiciado» que se produce con el espacio muerto alveolar.
Continuar con las formas de hipoxia