Volúmenes y capacidades pulmonares

La principal función de los pulmones es el intercambio de gases, introduciendo oxígeno en el cuerpo y eliminando el dióxido de carbono Normalmente, durante la inhalación, el diafragma se contrae para tirar hacia abajo, y los músculos del pecho se contraen para abrir el pecho y aspirar el aire como una aspiradora; después, durante la exhalación, los músculos se relajan, lo que permite que los pulmones recuperen su tamaño normal mientras empujan el aire al exterior.

Es posible utilizar un espirómetro para medir el volumen de aire que entra y sale de los pulmones con cada respiración mediante un instrumento llamado espirómetro; la prueba se denomina espirometría.

Aunque en la actualidad existen espirómetros electrónicos más sofisticados, un ejemplo clásico es una cámara de aire sumergida en agua en la que la persona puede respirar.

Al inspirar el aire, la cámara se mueve en sentido descendente en el agua, movimiento durante el cual se desplaza un lápiz trazador; al exhalar, la cámara asciende y el lápiz se desplaza hacia abajo.

Así pues, si se trata de una mujer adulta sana, al respirar el espirómetro describe en el papel un trazo ondulado. El gráfico que se obtiene muestra el volumen de aire en el eje vertical y el tiempo en el horizontal Durante una respiración normal y tranquila, el volumen de aire que entra y sale con cada respiración está representado por la altura de la onda y se denomina volumen corriente; suele ser de unos 0,5 l o 500 Después de algunos ciclos, puede pedirse a la mujer que inhale el máximo volumen de aire que pueda, y que luego exhale el máximo volumen de aire de que sea capaz.

El volumen de aire que inhala al máximo por encima del volumen corriente se conoce como volumen de reserva inspiratorio, y suele ser de unos 3 litros.

Se trata de una especie de capacidad de reserva masiva que no se suele utilizar, pero que puede ser necesaria en una situación específica, como si se va a bucear en el océano.

Del mismo modo, el volumen de reserva espiratorio es el volumen de aire que exhala al máximo por debajo del volumen corriente, y suele ser de unos 1,2 litro Ahora bien, incluso después de intentar exhalar todo el aire de los pulmones, todavía queda algo de aire en estos órganos, el llamado volumen residual, que suele ser también de unos 1,2 litros.

Combinando el volumen de reserva espiratorio y el volumen residual se obtiene la capacidad residual funcional, que sería de unos 2,4 litro Del mismo modo, la combinación de los resultados del volumen corriente y del volumen de reserva inspiratorio establece la capacidad inspiratoria, que es de 0,5 litros más 3 litros, es decir, unos 3,5 litros.

Si se da un paso más y se incluye también el volumen de reserva espiratorio, se obtiene la capacidad vital, de unos 4,7 l, que es el volumen de aire que se puede exhalar tras una inspiración máxima, es decir, inspirar hasta el final y exhalar hasta el final.

Por último, sumando la capacidad vital y el volumen residual se obtiene la capacidad pulmonar total, que es el volumen total de aire que pueden contener los pulmones, y que suma 4,7 litros más 1,2 litros, lo que, basándonos en lo anterior, supone 5,9, casi 6 l.

Como nota final, hay que tener en cuenta que todos los volúmenes pulmonares que acabamos de calcular se consideran volúmenes pulmonares estáticos y no dinámicos, porque no consideran la velocidad de entrada y salida del aire de los pulmones.

Ahora bien, aunque conociera el volumen residual medio de 1,2 l usando el espirómetro de la forma en que está configurado, no sería posible de averiguar en la práctica, ya que es la cantidad de aire que una persona no puede exhalar incluso cuando lo intenta.

No obstante, es posible medirlo mediante el llamado método de dilución de helio. Para ello, se coloca una concentración conocida de helio en el espirómetro para respirar (que se puede escribir como "C-anterior") y también se conoce el volumen del espirómetro, denotado como "V-espirómetro"".

Así que para encontrar la masa total de helio, M, solo hay que multiplicar la concentración por el volumen o (C-anterior x V-espirómetro), ya que las unidades son mg/ml por ml, lo que equivale a mg.

A continuación, se pide a la persona que respire el aire mezclado con helio. El helio es insoluble en la sangre y en el tejido pulmonar, por lo que permanece en los pulmones y, en unos pocos ciclos de respiración, se redistribuye por igual entre el espirómetro y los pulmones.

En ese momento se pide a la persona que exhale con normalidad, con lo cual el volumen de aire en los pulmones equivale a la capacidad residual funcional.

Llamemos CRF a esta capacidad, y de nuevo se mide el volumen en el espirómetro. Sin tener en cuenta el pequeño volumen de la tráquea, el volumen total remanente debe ser el del espirómetro más la CRF.

En este momento, la concentración de helio en el aire que ahora se ha equilibrado entre los pulmones y el espirómetro puede llamarse C-posterio Así, al igual que en el primer sistema, se puede tomar la concentración C-posterior multiplicada por el nuevo volumen, o V-posterior, y obtener la cantidad total de helio.

Como en realidad no cambiamos la cantidad de helio en el sistema, M-helio tiene el mismo valor que al principio y, por lo tanto, estas dos ecuaciones se pueden combinar para ser C-anterior por V-espirómetro es igual a C-después por la suma de V-espirómetro y CRF C-anterior x V-espirómetro = C-posterior x (V-espirómetro + CRF).

La concentración de helio antes y después puede ser medida y el volumen del espirómetro es conocido, por lo que solo queda el CRF como incógnita.

En este punto, es cuestión de ponerlo en marcha y listo. Así, supongamos que el espirómetro tiene un volumen de 300 mililitros, introducimos un poco de helio en el espirómetro y medimos la concentración, que resulta ser de 0,54 mg por m Cuando la persona está conectada al espirómetro, supongamos que la concentración de helio medida es de 0,06 mg/ml después de que exhale con normalidad.

Para resolverlo matemáticamente, CRF por 0,54 por 300 es igual a 162, que equivale a 0,06 por 300 más la CRF, y 162 dividido entre 162 menos 300 es igual a la CRF, que es finalmente igual a 2.400 ml.

Rememorando ahora el inicio de esta digresión, la CRF es igual al volumen de reserva espiratorio más el volumen residual; la espirometría simple produce un valor de ERV de 1,2 litros, así que el volumen residual es 2-400 menos 1.200 ml, que es 1.200 ml, o 1,2 litros.

Otra forma de medir la CRF es la pletismografía corporal. En esta técnica, una persona se sienta dentro de un pletismógrafo, que es una caja hermética.

Es posible medir la presión del aire y el volumen de la caja, así como cualquier cambio en estas magnitudes; llamemos a los valores iniciales P-caja1 para la presión y V-caja1 para el volumen de la caja.

Recuérdese que la ley de Boyle afirma que la presión por el volumen de cualquier gas es constante a una temperatura dada, lo llamaremos k para la caj Entonces, se pide a la persona que inspire y espire por la boca a través de una boquilla que mide la presión del aire en la boca La boquilla se controla a distancia y se cierra al exterior justo después de una exhalación norma En este momento, la presión se mide como P-boca1, y como la persona acaba de exhalar, el aire en los pulmones es la CRF; por tanto, en este punto la presión en la boca por el volumen en los pulmones o CRF es igual a otra constante.

A continuación, se pide a la persona que intente inhalar aunque la boquilla esté cerrada. En el intento de inhalación, los pulmones se expanden un poco, pero el aire no entra al tratarse de un sistema cerrado; como consecuencia, la presión en los pulmones disminuye.

Esta es la parte más interesante: como la persona y la caja están en un sistema cerrado, estos cambios provocan un aumento de la presión en la caja y una disminución del volumen de la misma.

Ambas magnitudes se pueden medir. Así que la nueva presión en la caja es P-caja2, y el nuevo volumen de la caja es el volumen original V-caja1 menos algún pequeño cambio en el volumen delta V.

Aplicando la ley de Boyle a la caja, se obtiene: P-caja1 x V-caja1 = P-caja2 x V-caja1 - ΔV). A partir de esta expresión, como todo lo demás se conoce, puede resolverse el cambio delta V.

Perfecto, y aplicando de nuevo la ley de Boyle a la boquilla, la nueva presión es P-boca2, y el nuevo volumen es el volumen original CRF más ese pequeño cambio delta V.

P-boca1 x CRF = P-boca2 x (CRF + ΔV). Como de nuevo se conocen las presiones, y ahora también se sabe el valor de delta V, lo único que queda por resolver es la CRF.

Vaya. Normalmente, el valor de la CRF obtenido por pletismografía es igual a la CRF deducida por el método de dilución de heli Pero si una persona tiene una enfermedad pulmonar obstructiva, entonces el CRF de la pletismografía acaba siendo ligeramente mayor que el CRF de la dilución de helio, ya que el helio no se difunde en todas las partes de los pulmones.

##Resumen Como breve resumen... Algunos de los volúmenes pulmonares más comunes son el volumen corriente, el volumen de reserva inspiratorio, el volumen de reserva espiratorio y el volumen residual; cualquier otra medida es una combinación de estos cuat El cálculo del volumen residual es complicado y puede llevarse a cabo calculando primero la CRF, mediante el método de dilución con helio o la pletismografía corporal