Espacio muerto (fisiología)

Espacio muerto es el volumen de aire que se inhala que no participa en el intercambio gaseoso, ya sea porque permanece en las vías aéreas de conducción o llega a los alvéolos no perfundidos o mal perfundidos. Significa que no todo el aire de cada respiración está disponible para el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono. Los mamíferos inhalan y exhalan por sus pulmones, desperdiciando la parte de la inhalación que queda en las vías respiratorias de conducción donde no puede ocurrir el intercambio de gases.

Componentes

Espacio muerto total (también conocido como espacio muerto fisiológico) es la suma del espacio muerto anatómico y el espacio muerto alveolar.

Los beneficios se acumulan con un diseño aparentemente derrochador de ventilación que incluye espacios muertos.

1. El dióxido de carbono se mantiene, haciendo posible la sangre y el intersticio amortiguados por bicarbonato.
2. El aire inspirado se lleva a la temperatura corporal, aumentando la afinidad de la hemoglobina para el oxígeno, mejorando O₂ Levántate.
3. La materia particulada está atrapada en el moco que bordea las vías respiratorias, permitiendo su eliminación por transporte mucociliar.
4. El aire inspirado es humidificado, mejorando la calidad del moco de las vías respiratorias.

En los seres humanos, alrededor de un tercio de cada respiración en reposo no tiene cambios en los niveles de O₂ y CO₂. En adultos, suele estar en el rango de 150 ml.

El espacio muerto se puede aumentar (y visualizar mejor) respirando a través de un tubo largo, como un esnórquel. Aunque un extremo del esnórquel está abierto al aire, cuando el usuario inhala, inhala una cantidad significativa de aire que quedó en el esnórquel de la exhalación anterior. Por lo tanto, un snorkel aumenta el espacio muerto de la persona al agregar aún más vías respiratorias que no participan en el intercambio de gases.

Espacio muerto anatómico

El espacio muerto anatómico es el volumen de las vías respiratorias de conducción (desde la nariz, la boca y la tráquea hasta los bronquiolos terminales). Estos conducen el gas a los alvéolos, pero aquí no se produce intercambio de gases. En pulmones sanos donde el espacio muerto alveolar es pequeño, el método de Fowler mide con precisión el espacio muerto anatómico utilizando una técnica de lavado con nitrógeno de una sola respiración.

El valor normal del volumen del espacio muerto (en ml) es aproximadamente la masa magra del cuerpo (en libras) y promedia alrededor de un tercio del volumen corriente en reposo (450-500 ml). En el estudio original de Fowler, el espacio muerto anatómico fue de 156 ± 28 ml (n=45 hombres) o el 26 % de su volumen corriente. A pesar de la flexibilidad de la tráquea y de las vías respiratorias de conducción más pequeñas, su volumen general (es decir, el espacio muerto anatómico) cambia poco con la broncoconstricción o cuando se respira con dificultad durante el ejercicio.

Como las aves tienen una tráquea más larga y ancha que los mamíferos del mismo tamaño, tienen un espacio muerto anatómico desproporcionadamente grande, lo que reduce la resistencia de las vías respiratorias. Esta adaptación no afecta el intercambio de gases porque las aves hacen fluir aire a través de sus pulmones, no inhalan ni exhalan como los mamíferos.

Espacio muerto alveolar

El espacio muerto alveolar se define como la diferencia entre el espacio muerto fisiológico y el espacio muerto anatómico. A ella contribuyen todas las unidades respiratorias terminales que están sobreventiladas en relación a su perfusión. Por tanto, incluye, en primer lugar, aquellas unidades que están ventiladas pero no perfundidas, y en segundo lugar, aquellas unidades que tienen una relación ventilación-perfusión superior a uno.

El espacio muerto alveolar es insignificante en individuos sanos, pero puede aumentar drásticamente en algunas enfermedades pulmonares debido al desajuste entre ventilación y perfusión.

Calcular

Así como el espacio muerto desperdicia una fracción del aire inhalado, el espacio muerto diluye el aire alveolar durante la exhalación. Al cuantificar esta dilución, es posible medir el espacio muerto fisiológico, empleando el concepto de balance de masa, expresado por la ecuación de Bohr.

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Donde Vd{displaystyle V_{d} es el volumen del espacio muerto y Vt{displaystyle V_{t} es el volumen de marea;

PaCO2{displaystyle P_{a,{ce {CO2}} es la presión parcial del dióxido de carbono en la sangre arterial, y

PeCO2{displaystyle P_{e,{ce {CO2}} es la presión parcial del dióxido de carbono en el aire mixto caducado (exhalado).

Espacio muerto fisiológico

La ecuación de Bohr se utiliza para medir el espacio muerto fisiológico. Desafortunadamente, se requiere la concentración de dióxido de carbono (CO₂) en los alvéolos para usar la ecuación, pero este no es un valor único ya que la relación ventilación-perfusión es diferente en diferentes unidades pulmonares tanto en salud como en enfermedad. En la práctica, la presión parcial arterial de CO₂ se utiliza como estimación de la presión parcial alveolar media de CO₂, una modificación introducida por Henrik Enghoff en 1938 (Enghoff H. Volumen inefficax. Bemerkungen zur Frage des schadlichen Raumes. Upsala Läkarefören Forhandl., 44:191-218, 1938). En efecto, el valor único de pCO₂ arterial promedia los diferentes valores de pCO₂ en los diferentes alvéolos, y por lo tanto hace útil la ecuación de Bohr.

La cantidad de CO₂ exhalada por los alvéolos sanos es diluida por el aire de las vías aéreas de conducción (espacio muerto anatómico) y por el gas de los alvéolos sobreventilados en relación a su perfusión. Este factor de dilución se puede calcular una vez que se determina la pCO₂ espirada mezclada en el aliento exhalado (ya sea monitoreando electrónicamente el aliento exhalado o recolectando el aliento exhalado en una bolsa impermeable a gases (una bolsa de Douglas) y luego midiendo la pCO₂ del gas espirado mezclado en la bolsa de recolección). Algebraicamente, este factor de dilución nos dará el espacio muerto fisiológico calculado por la ecuación de Bohr:

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Espacio muerto alveolar

El espacio muerto alveolar se determina como la diferencia entre el espacio muerto fisiológico (medido mediante la modificación de Enghoff de la ecuación de Bohr) y el espacio muerto anatómico (medido mediante la técnica de respiración única de Fowler).

Un índice clínico del tamaño del espacio muerto alveolar es la diferencia entre la presión parcial arterial de CO₂ y la presión parcial final de la espiración de CO₂.

Espacio muerto anatómico

Se emplea una maniobra diferente para medir el espacio muerto anatómico: el sujeto de prueba exhala completamente, inhala profundamente de una mezcla de gas con 0 % de nitrógeno (generalmente 100 % de oxígeno) y luego exhala hacia un equipo que mide el volumen de nitrógeno y gas.. Esta exhalación final se produce en tres fases. La primera fase (fase 1) no tiene nitrógeno ya que es un gas que es 100% oxígeno en el espacio muerto anatómico. La concentración de nitrógeno luego aumenta rápidamente durante la breve segunda fase (fase 2) y finalmente alcanza una meseta en la tercera fase (fase 3). El espacio muerto anatómico es igual al volumen exhalado durante la primera fase más el volumen hasta el punto medio de la transición de la fase 1 a la fase 3.

Paciente ventilada

La profundidad y la frecuencia de nuestra respiración están determinadas por los quimiorreceptores y el tronco encefálico, modificadas por una serie de sensaciones subjetivas. Cuando se ventila mecánicamente usando un modo obligatorio, el paciente respira a una frecuencia y un volumen corriente dictados por la máquina. Debido al espacio muerto, respirar profundamente más lentamente (por ejemplo, diez respiraciones de 500 ml por minuto) es más efectivo que respirar superficialmente rápidamente (por ejemplo, veinte respiraciones de 250 ml por minuto). Aunque la cantidad de gas por minuto es la misma (5 L/min), una gran proporción de las respiraciones superficiales es un espacio muerto y no permite que el oxígeno llegue a la sangre.

Espacio muerto mecánico

Espacio muerto mecánico es un espacio muerto en un aparato en el que el gas respirable debe fluir en ambas direcciones a medida que el usuario inhala y exhala, aumentando el esfuerzo respiratorio necesario para obtener la misma cantidad de aire utilizable. o respirar gas, y correr el riesgo de acumular dióxido de carbono por respiraciones superficiales. Es en efecto una extensión externa del espacio muerto fisiológico.

Se puede reducir mediante:

• Utilizando pasajes separados de ingesta y escape con válvulas de un solo sentido colocadas en la boquilla. Esto limita el espacio muerto entre las válvulas no de retorno y la boca o la nariz del usuario. El espacio muerto adicional se puede minimizar manteniendo el volumen de este espacio muerto externo lo más pequeño posible, pero esto no debe aumentar indebidamente el trabajo de respirar.
• Con una máscara de cara completa o casco de buceo demanda:
  • Mantener el volumen interior pequeño
  • Tener una pequeña máscara de orina interna dentro de la máscara principal, que separa el pasaje respiratorio externo del resto de la máscara interior.
  • En unos pocos modelos de máscaras faciales completas se instala una boquilla como las utilizadas en reguladores de buceo, que tiene la misma función que una máscara de orina, pero puede reducir aún más el volumen del espacio muerto externo, a costa de forzar la respiración bucal (y actuar como una gag, evitando el habla claro).