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CIRCULACIÓN PULMONAR La circulación pulmonar (“circulación menor”) comparte muchas características con la circulación sistémica (“circulación mayor”) pero presenta algunas peculiaridades. Los pulmones reciben sangre tanto de la circulación mayor (1-2 % del gasto cardíaco total), a través de las arterias bronquiales (que irrigan los tejidos de soporte del pulmón, con sangre oxigenada) y también a través de la arteria pulmonar (que vasculariza ambos pulmones con sangre carboxigenada). La arteria pulmonar se ramifica en una extensa red de capilares formando una “lámina” de sangre sobre las paredes alveolares extraordinariamente eficiente para la realización de la hematosis. El volumen de sangre de los pulmones es de aproximadamente 450 ml (9% del total de todo el aparato circulatorio), 70 ml de los cuales se encuentran en los capilares pulmonares. Los pulmones funcionan como reservorio de sangre, por ejemplo, en una situación de hemorragia, en la que la pérdida de sangre desde la circulación sistémica puede ser compensada por el desplazamiento de sangre desde los pulmones hacia los vasos sistémicos. El flujo sanguíneo a través de los pulmones es esencialmente idéntico al volumen minuto cardíaco

1 ya que toda la sangre que sale del ventrículo izquierdo y regresa a la aurícula

derecha debe pasar a través de los pulmones para realizar el intercambio gaseoso. Por otra parte, las presiones en el sistema pulmonar son sensiblemente menores que las de la circulación sistémica, como se observa en la siguiente figura:

1 El volumen minuto cardíaco izquierdo es aproximadamente un 1% a 2% mayor que el del ventrículo

derecho ya que la sangre bronquial drena hacia las venas pulmonares, entrando directamente a la aurícula

izquierda en lugar de regresar hacia la aurícula derecha (cortocircuito derecha-izquierda). La venas de

Tebesio a nivel de la circulación coronaria también contribuyen con este fenómeno.

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Recordando la Ley de Ohm (R = ∆P / Q, donde „R‟ es resistencia, „∆P‟ diferencia de presión y

„Q‟ flujo) se desprende que, si el flujo en ambas circulaciones es el mismo pero las presiones pulmonares son menores que las sistémicas, la resistencia vascular pulmonar es menor que la resistencia de la circulación periférica (aproximadamente, Rpulmonar x 10 = Rperiférica). La circulación pulmonar puede “darse el lujo” de ser un sistema de bajas presionas ya que necesita bombear sangre sólo a los pulmones. Por otra parte, la circulación pulmonar debe ser un sistema de bajas presiones para evitar las consecuencias de un disbalance en relación a las fuerzas de Starling de intercambio líquido que podrían ocasionar un edema alveolar.

PRESIONES EN EL SISTEMA PULMONAR

Para el estudio de las presiones en el sistema pulmonar se utiliza un catéter especial denominado Catéter de Swan-Ganz. El catéter mencionado se introduce en una vena central (yugular, subclavia o femoral) y se orienta sucesivamente hacia la aurícula y el ventrículo derechos y la arteria pulmonar después de inflar un globo, para facilitar que la corriente lo desplace hasta el lugar seleccionado. Se pueden medir las presiones ondulatorias en los tres órganos mencionados. La manera de conocer en qué cámara se encuentra el catéter una vez que ha sido introducido es mirando las presiones que se muestran en un monitor directamente conectado al catéter. Al llegar al ventrículo derecho, la presión informada por el monitor oscila entre 25 mm Hg de presión sistólica y 0 mm Hg de presión diastólica. Una vez que el catéter penetra en la arteria pulmonar, la presión diastólica asciende hasta aproximadamente 8 mm Hg manteniéndose la presión sistólica en 25 mm Hg. Cuando el globo en el extremo del catéter en arteria pulmonar se infla, todo el dispositivo avanza dentro de la porción distal de la arteria hasta que queda "enclavado" en la pared. En esta posición, la presión medida se transmite desde las venas pulmonares corriente abajo y la aurícula izquierda. En estas condiciones, la presión de oclusión capilar pulmonar, o de enclavamiento (presión wedge), es igual a la presión de la aurícula izquierda.

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CAPILARES PULMONARES En condiciones normales, algunos capilares están cerrados pero, a medida que aumenta la presión pulmonar, estos vasos comienzan a abrirse y a conducir sangre (fenómeno de reclutamiento). Ya cuando las presiones vasculares aumentan mucho, los segmentos capilares aumentan su calibre (fenómeno de distensión), provocando una caída de la resistencia vascular y, en consecuencia, un aumento del flujo. Los capilares se colapsan cuando la presión alveolar aumenta por encima de la presión intracapilar.

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DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO Se observa un control automático de la distribución del flujo sanguíneo pulmonar gracias al mecanismo de la vasoconstricción hipóxica: cuando la concentración de O2 en el aire de los alvéolos disminuye por debajo de lo normal los vasos sanguíneos adyacentes se constriñen. Este efecto, que es opuesto a lo que se observa en los vasos sistémicos, tiene la importante función de distribuir el flujo sanguíneo hacia zonas bien aireadas, para que el intercambio gaseoso sea eficaz. El mecanismo por el cual se produce la vasoconstricción hipóxica es desconocido

2.

Los gradientes de presión hidrostática generan efectos que influyen sobre el flujo sanguíneo pulmonar regional. El punto más bajo de los pulmones está aproximadamente 30 cm por debajo del punto más alto (diferencia de presión hidrostática de 23 mm Hg, 15 mm Hg por encima del corazón y 8 por debajo; ver esquema). Como se comentó previamente, los capilares pulmonares se distienden gracias a la presión de la sangre que hay en su interior (Pcp) pero simultáneamente se comprimen por la presión del aire alveolar que está en su exterior (PALV). Entonces, siempre que la presión del aire alveolar sea mayor que la presión capilar, los capilares se colapsan y no hay flujo. En el pulmón, se pueden describir tres zonas, en función de la mecánica del flujo sanguíneo. - Zona 1: ausencia de flujo durante todo el ciclo cardíaco (PALV > Pcp) - Zona 2: flujo intermitente (Pcp sistólica > PALV ; pero Pcp diastólica < PALV) - Zona 3: flujo continuo durante todo el ciclo (Pcp > PALV) Cuando una persona está en posición erguida la presión arterial pulmonar en el vértice pulmonar es aproximadamente 15 mm Hg menor que la presión a nivel del corazón. Por lo tanto, la presión sistólica apical es de sólo 10 mm Hg (25 mm Hg a nivel del corazón menos la diferencia de presión hidrostática de 15 mm Hg) que es mayor que la presión cero del aire alveolar. Sin embargo, durante la diástole la presión diastólica de 8 mm Hg a nivel del corazón no es suficiente para empujar la sangre contra el gradiente de presión hidrostática de 15 mm Hg necesario para producir flujo. En consecuencia, el flujo sanguíneo en la parte apical del pulmón se denomina flujo de Zona 2. En las regiones inferiores del pulmón, la presión arterial pulmonar durante la diástole y la sístole es mayor que la presión del aire alveolar, que es cero (flujo contínuo o flujo de Zona 3).

2 Una muy interesante teoría sobre los mecanismos de la vasoconstricción hipoxica se encuentra aquí:

Moudgli R et al.: The role of k+ channels in determining pulmonary vascular tone, oxygen sensing, cell

proliferation, and apoptosis: implications in hypoxic pulmonary vasoconstriction and pulmonary arterial

hypertension, Microcirculation. 2006 Dec;13(8):615-32.

Para mayor información, consultar: Aaronson PI et al.: Hipoxic pulmonary vasoconstriction: mechanisms

and controversies. J Physiol. 2006 January 1; 570(Pt 1): 53–58.

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Hay datos que concluyen que el concepto “gravitacional” juega un papel menor en la distribución del flujo sanguíneo pulmonar, proponiéndose la hipótesis de que la distribución regional del flujo sanguíneo se corresponde con la anatomía de las ramificaciones del paquete broncovascular pulmonar

3.

¿Qué ocurre en el ejercicio? El flujo sanguíneo aumenta mucho gracias al reclutamiento y distensión de capilares que provocan caída de la resistencia vascular pulmonar. El aumento del flujo se refleja en un ligero aumento en la presión arterial pulmonar que se incrementa lo suficiente como para convertir a los vértices pulmonares en un patrón de flujo de zona 3. La caída de la resistencia vascular pulmonar durante el ejercicio intenso es fundamental debido a que un gran aumento de la presión arterial pulmonar podría causar un marcado incremento en la presión capilar pulmonar que, según la ley de Starling de intercambio líquido, expulsaría líquido desde los capilares hacia el intersticio en gran cantidad, produciendo un edema pulmonar. EDEMA PULMONAR Y FALLA CARDÍACA IZQUIERDA En la Insuficiencia Cardíaca Izquierda, se ve disminuido el bombeo de sangre desde la circulación pulmonar (de baja presión) hacia la circulación sistémica (alta presión). A medida que la función de la bomba miocárdica se ve afectada, hay una disminución del gasto cardíaco (Volumen/Minuto), un aumento en la presión auricular izquierda y en la presión de fin de diástole del ventrículo izquierdo y congestión

4 en la circulación pulmonar. Cuando la presión

hidrostática capilar pulmonar (normalmente de 10 mm Hg aproximadamente) excede la presión osmótica capilar (de 25 mm Hg, aproximadamente), se produce una extravasación de líquido desde el compartimiento intravascular hacia el intersticio pulmonar, lo que conduce al desarrollo de un Edema Pulmonar, como se explica en la siguiente FIGURA:

3 Galvin I et al.: Distribution of blood flow and ventilation in the lung: gravity is not the only factor Br J

Anaesth (2007) 98:420-428 4 La Congestión es un proceso pasivo consecuencia de un flujo de salida alterado en un tejido. Puede

ocurrir sistémicamente, como en la insuficiencia cardíaca, o ser local, procedente de una obstrucción

venosa aislada. El tejido tiene un color azul-rojo (cianosis), particularmente a medida que la mayor

congestión produce una acumulación de hemoglobina desoxigenada en los tejidos afectados.

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En la FIGURA, se observa el normal intercambio de fluidos en los capilares pulmonares. La presión hidrostática del capilar pulmonar, que mueve el líquido hacia fuera de los capilares dentro del pulmón, es menor que la presión osmótica capilar, que devuelve el líquido hacia los capilares. El edema pulmonar se desarrolla cuando la presión hidrostática capilar excede la presión osmótica capilar. La insuficiencia cardíaca izquierda y el edema pulmonar agudo pueden desarrollarse muy rápidamente en personas que han sufrido un Infarto Agudo de Miocardio. Esto puede traducirse como un sector no funcionante del ventrículo izquierdo (que no contribuye al bombeo de sangre) que desencadena, en última instancia, el edema pulmonar. El edema pulmonar que se desarrolla dentro de un contexto clínico de insuficiencia cardíaca se denomina edema pulmonar cardiogénico, en el que hay aumento de la presión hidrostática capilar pulmonar (ver anteriormente). Es interesante destacar la diferencia existente con el edema pulmonar no cardiogénico, en el que no hay aumentos de la presión hidrostática capilar pulmonar sino que progresa en cuadros en los que hay aumento de la permeabilidad capilar pulmonar (ej: Síndrome de Distrés Respiratorio Agudo).

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La siguiente figura5 compara la fisiopatología implicada en el desarrollo de edema pulmonar

cardiogénico y no cardiogénico:

5 Ware LB et al.: Acute Pulmonary Edema, N Engl J Med 2005;353:2788-96.

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HEMATOSIS Luego de que los alvéolos se hayan ventilado con aire, la fase siguiente del proceso respiratorio es la difusión del oxígeno desde los alvéolos hacia la sangre y la difusión del dióxido de carbono en la dirección opuesta. El intercambio gaseoso entre la luz alveolar y la sangre pulmonar se denomina hematosis. Dicho intercambio ocurre por difusión simple, movimiento aleatorio de moléculas que entrecruzan su trayectoria en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes. Más allá del mecanismo, en fisiología respiratoria importa la velocidad con la que la difusión ocurre. La Ley de Fick describe la difusión a través de los tejidos

6:

J = ∆P x A x S

∆X x √PM

donde „J‟ es la velocidad de difusión, „∆P‟, la diferencia de presión parcial entre los dos

extremos del trayecto de la difusión, „A‟ es el área transversal del trayecto, „S‟ es la solubilidad

del gas, „∆X‟, la distancia de la difusión y „PM‟, el peso molecular del gas.

En palabras, esta ley dice que “la velocidad del traslado de un gas a través de una membrana de tejido es directamente proporcional a la superficie del tejido y a la diferencia de concentración del gas entre los dos lados, e inversamente proporcional al espesor de la membrana”. Analicemos los componentes de la ecuación:

∆P: la difusión neta del gas desde la zona de presión elevada (P1) hacia la zona de presión

baja (P2) es proporcional a la diferencia de presiones parciales (recordar la Ley de Dalton7)

entre las dos zonas. Aquí vale hacer una aclaración: la presión parcial de un gas en una solución está determinada no sólo por su concentración sino también por el coeficiente de solubilidad. Esta relación se expresa mediante la fórmula de la Ley de Henry:

6 Los gases importantes en fisiología respiratoria son muy solubles en las membranas celulares (lípidos)

por lo que se considera que la difusión de los gases a través de los tejidos es casi igual a la difusión de los

gases en el agua. 7 “La presión total de un gas es igual a la suma de las presiones parciales de las sustancias que la

componen” Ej: presión parcial del O2 en la atmósfera terrestre = 760 mm Hg x 21 % = 160 mm Hg.

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pp = [gas] Sol. donde „pp‟ es la presión parcial, „[gas]‟ es la concentración del gas disuelto y „Sol.‟ es el coeficiente de solubilidad del gas en cuestión. Vale la pena destacar que el CO2 es más de 20 veces más soluble que el O2. A: cuanto mayor sea el área transversal del trayecto de la difusión, mayor será el número total de moléculas que difundan. Por el contrario…

∆X: cuanto mayor sea la distancia que deban atravesar las moléculas, más tardarán en difundir

todo el trayecto.

S / √PM: estos dos factores (que dependen de las características del propio gas) determinan el coeficiente de difusión del gas. Si, arbitrariamente, se asigna el valor de „1‟ para el coeficiente de difusión del O2 el coeficiente de difusión relativo del CO2 es „20,3‟. Esto significa que el CO2 difunde con una rapidez unas 20 veces mayor que el O2 a través de las membranas de tejidos porque su solubilidad es mucho mayor, mientras que su PM no difiere mayormente. DIFUSIÓN DE GASES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA Para que se realice el intercambio gaseoso entre la sangre pulmonar y la luz alveolar, los gases deben atravesar la membrana respiratoria. Dicha membrana consta de las siguientes capas: - Líquido que tapiza el alvéolo (con surfactante) - Epitelio alveolar (Neumocitos tipo I) - Membrana basal epitelial - Espacio Intersticial - Membrana basal capilar (fusionada con la del epitelio alveolar en muchos casos) - Endotelio capilar

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ÍNDICES DE REACCIÓN CON LA HEMOGLOBINA Y CAPACIDAD DE DIFUSIÓN DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA La resistencia al movimiento del oxígeno no radica simplemente en la barrera entre la sangre y el gas. También hay que considerar que parte de esa resistencia se debe a la difusión dentro del capilar y a la capacidad finita de reacción entre el oxígeno y la Hemoglobina. En realidad, debemos considerar a la captación del oxígeno como un proceso en dos etapas: - Difusión a través de la membrana respiratoria (DM) - Reacción del oxígeno con la Hemoglobina La capacidad de difusión es inversamente proporcional a la resistencia que ejerce la membrana respiratoria. Por otra parte, la capacidad de difusión depende tanto del volumen capilar (Vc) como de la rapidez de reacción entre el oxígeno y la Hemoglobina (θ). Entonces, considerando que la resistencia a la difusión ejercida por la membrana y por la reacción entre el oxígeno y la Hemoglobina están en serie, surge la siguiente ecuación: 1 = 1 + 1 DL DM θ x Vc donde „DL‟ es la capacidad de difusión del pulmón (entonces, „1/DL„ es la resistencia a la difusión pulmonar), „1/DM‟ es la resistencia de la membrana respiratoria y el producto entre θ y Vc representa la capacidad de difusión efectiva de la rapidez de la reacción del oxígeno con la Hemoglobina (Factor Sanguíneo). Cuantitativamente, la difusión se puede definir como “el volumen de gas que difunde a través de la membrana en cada minuto para una diferencia de presión parcial de 1 mm Hg”. Así, en condiciones de reposo, la capacidad de difusión del O2 es de 21 ml/min/mm Hg. Por otra parte, la capacidad de difusión del CO2 es aproximadamente de 400 a 450 ml/min/mm Hg. El método del monóxido de carbono se utiliza para medir la capacidad de difusión (DLCO). CAPTACIÓN DE OXÍGENO A LO LARGO DEL CAPILAR PULMONAR En el glóbulo rojo que entra al capilar pulmonar, la pO2 es de unos 40 mm Hg (presión venosa normal de O2). Del otro lado de la barrera, hay una pO2 alveolar de 104 mm Hg. El O2 se

desplaza siguiendo este gradiente de presión (∆P) y la pO2 de la sangre aumenta con rapidez,

aproximándose mucho a la pO2 alveolar para el momento que el eritrocito ha recorrido la tercera parte de su trayecto por el capilar.

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¿Qué ocurre en el ejercicio? El flujo pulmonar aumenta mucho y el tiempo que el glóbulo rojo permanece en el capilar puede quedar reducido a una tercera parte. Sin embargo, en sujetos sanos, no se producen trastornos en la difusión ya que, como puede verse en el esquema de la página anterior, en condiciones normales la sangre se ha saturado casi completamente de O2 en el momento en el que ha atravesado un tercio del capilar pulmonar. Por lo tanto, durante el ejercicio intenso (incluso con un tiempo acortado de exposición en los capilares) la sangre puede oxigenarse total o parcialmente. En pacientes con enfermedad pulmonar, el engrosamiento de la membrana respiratoria puede reducir la capacidad de difusión del pulmón (DL) a tal punto que la sangre del capilar no logre saturarse adecuadamente de O2 en condiciones de ejercicio. ¿Qué ocurre en la altura? En sitios muy altos, la presión barométrica disminuye provocando una reducción de la pO2 alveolar. Además, la presión venosa de O2 también disminuye debido a la mayor extracción de O2 mediada por los tejidos pero en menor. El descenso de la presión venosa de O2 es menor en comparación al descenso de la pO2 alveolar. En consecuencia, el

gradiente de presión (∆P) entre la luz alveolar y la sangre pulmonar es menor que en sitios

ubicados a nivel del mar. Por este motivo, el O2 difunde con mayor lentitud. ¿Qué ocurre en el ejercicio a grandes alturas? La combinación de ejercicio y grandes alturas puede ocasionar una disminución de la difusión de O2 incluso en sujetos sanos. Q: volumen minuto pulmonar DL: capacidad de difusión pulmonar

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BIBLIOGRAFÍA: Fisiología Respiratoria de West (2º ed., 1981) Ganong, Review of Medical Physiology (21

th ed., 2004)

Tratado de Fisiología Médica de Guyton & Hall (11º ed., 2005) Porth, Pathophysiology: Concepts of Altered Health States (7

th ed., 2004)

Robbins, Pathologic Basis of Disease (7th ed., 2005)

Harrison, Principios de Medicina Interna (16ª ed., 2005) Boron, Medical Physiology: A Cellular and Molecular Approach (2

nd ed., 2009)

Rhodes & Tanner, Medical Physiology (2nd

ed., 2003) Berne et Levy, Physiology, 5

th edition.

Junio 2009 Aclaración: el presente documento surgió de una iniciativa de la Escuela de Ayudantes de Fisiología y no pretende reemplazar los contenidos presentes en la bibliografía recomendada por el Departamento de Fisiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Buenos Aires. Nota: se agradece la colaboración de Martín Carreras.