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Para comprender la ventilación pulmonar es preciso conocer la respiración y sus fases. La respiración es el proceso por el cual el oxígeno (O2 ) de la atmósfera llega a las células de los diferentes tejidos. A continuación el dióxido de carbono (CO₂), producido por el organismo se elimina al exterior. Esta secuencia se lleva a cabo en dos etapas: la respiración externa y la respiración celular. La respiración externa hace referencia al intercambio de gases que tiene lugar entre el aire ambiente y la sangre de los capilares pulmonares. Posteriormente entre la sangre sistémica y las células de los tejidos.
En este proceso se distingue una serie de fases: la etapa de ventilación, la etapa alveolar, la etapa sanguínea y la etapa tisular. La etapa de ventilación pulmonar hace alusión al intercambio de gases producido entre la atmósfera y los pulmones; es decir, el O2 atmosférico entra en los pulmones y el CO₂ sale de ellos al exterior. La etapa alveolar corresponde al intercambio de gases que tiene lugar entre los alveolos pulmonares y la sangre. Esto sucede por un mecanismo de difusión.
De este modo, el oxígeno inhalado pasa del alveolo al capilar, y el anhídrido carbónico pasa de la sangre al alveolo. Esto para poder ser expulsado al exterior durante la espiración. En la fase sanguínea, el O2 y el CO₂ son transportados a través del sistema circulatorio hacia los diferentes tejidos del organismo. En la etapa tisular se lleva a cabo el intercambio de gases entre los capilares sanguíneos y las células. El O2 se queda en las células, donde tendrá lugar la respiración celular, y el CO₂ pasará a la sangre para ser conducido al pulmón. Posteriormente así, eliminarse al exterior a través de la ventilación pulmonar, iniciándose de nuevo el proceso
Mecánica respiratoria
La ventilación pulmonar se lleva a cabo a través de dos fases, las cuales se desarrollan de manera secuencial y cíclica. Estos dos mecanismos son la inspiración (entrada de aire a los pulmones) y la espiración (salida de aire al exterior). La inspiración y la espiración se producen gracias a la expansión y retracción de la caja torácica, facilitadas por la musculatura respiratoria.
Como los pulmones están adheridos a esta caja gracias a la pleura parietal, cualquier desplazamiento o cambio de volumen que en ella se produzca durante el proceso ventilatorio, va a repercutir sobre ellos. Para que el flujo de aire hacia los pulmones se produzca, es necesario que exista un gradiente de presiones entre la atmósfera y los alveolos.
La presión atmosférica es relativamente constante (760 mmHg), por lo que el llenado y vaciado pulmonar viene determinado, en su mayoría, por la presión intrapulmonar. La inspiración normal es un proceso activo facilitado por los músculos inspiratorios. Durante este proceso, el diafragma se contrae, desciende y comprime las vísceras abdominales hacia abajo; mientras que los músculos intercostales externos al contraerse, elevan los bordes de las costillas y las desplazan hacia afuera, permitiendo así la distensión del tórax.
Los pulmones arrastrados por la pleura se expanden y aumentan de volumen. Creándose así una presión negativa en su interior (presión más baja que la atmosférica), que facilita la entrada de aire en los alveolos. En la inspiración forzada, la actividad del diafragma está fortalecida por la acción de los músculos accesorios de la inspiración. También contribuyen al aumento del volumen de la cavidad torácica. La espiración es considerada un proceso pasivo fruto de la relajación de los músculos inspiratorios los cuales vuelven a su posición de reposo en este proceso.
Trabajo respiratorio
Los dos principales factores que influyen en la cantidad de trabajo necesario para respirar son la compliance pulmonar (expansibilidad de los pulmones) y la resistencia de las vías aéreas al flujo del aire.
Compliance pulmonar
La compliance o distensibilidad pulmonar es la capacidad que tienen los pulmones para expandirse a medida que entra el aire y aumenta la presión en ellos durante la inspiración. Es decir, a medida que aumenta la presión intrapulmonar el pulmón se estira y aumenta su volumen con facilidad. Presentando así una compliance alta (como en el enfisema pulmonar).
Por el contrario, si tiene dificultades para expandirse, se habla de compliance baja (por ejemplo, en la fibrosis pulmonar). La capacidad de expansión pulmonar está determinada por el nivel de rigidez del pulmón. De manera que, cuanto más rígido sea el pulmón, menor será su distensibilidad. Por tanto, mayor será la presión necesaria para que se alcance un volumen normal durante la inspiración. Este aumento de rigidez aumenta el trabajo respiratorio, puesto que, se precisa de una mayor energía para alcanzar los volúmenes de llenado pulmonar normales.
El grado de distensibilidad pulmonar se puede valorar y representar gráficamente en una curva de presión/ volumen. Es allí donde se muestran las variaciones de volumen que hay en el pulmón a medida que se modifica la presión intraalveolar con la entrada del aire. Tan importante es que el pulmón presente una compliance alta y pueda expandirse con pequeños cambios de presión, como que pueda recuperar su posición y volumen de reposo, con el menor esfuerzo y de forma adecuada.
Esta propiedad pulmonar recibe el término de elasticidad pulmonar. La elasticidad pulmonar se ve favorecida por el alto contenido en proteínas de elastina que presenta el pulmón, de tal forma que enfermedades como el enfisema pulmonar, donde existe un desequilibrio en los niveles de esta proteína hacen que la elasticidad pulmonar disminuya.
Elasticidad pulmonar
Esta propiedad pulmonar recibe el término de elasticidad pulmonar. La elasticidad pulmonar se ve favorecida por el alto contenido en proteínas de elastina que presenta el pulmón, de tal forma que enfermedades como el enfisema pulmonar, donde existe un desequilibrio en los niveles de esta proteína hacen que la elasticidad pulmonar disminuya. La compliance o distensibilidad mantiene una relación matemáticamente inversa con la elasticidad (E), definiéndose así la compliance (C) como: C = 1/E. De este modo se puede garantizar que cuando una de ellas aumenta, la otra disminuye y viceversa.
En resumen, se concluye que la elasticidad es una fuerza que se opone a la compliance, pero no es la única existente en el pulmón, ya que, existen fuerzas menores opuestas como es el caso de la tensión superficial del líquido que recubre el interior de los alveolos. Estas dos fuerzas opositoras (la elasticidad y la tensión superficial), son neutralizadas por la presión negativa que hay en la cavidad pleural y por el surfactante, para que la inspiración pueda realizarse con facilidad.
La presión negativa intrapleural obliga a los pulmones a seguir a la pared torácica en expansión, mientras que, el surfactante trata de disminuir la tensión superficial ejercida por el líquido intraalveolar, facilitando así la expansión del pulmón y evitándose su colapso.
Resistencia de la vía aérea al flujo del aire
Teniendo en cuenta que la entrada y salida de aire de los pulmones se produce por el gradiente de presión existente entre el aire atmosférico y los alveolos pulmonares, es indispensable que la presión diferencial sea suficiente para superar las fuerzas opuestas ejercidas por el árbol traqueobronquial.
Los factores que contribuyen a la resistencia de las vías aéreas son tres: la longitud de las vías aéreas, el diámetro de estas y la viscosidad del aire que fluye por ellas. En condiciones normales, la longitud de la vía respiratoria y la viscosidad del aire mantienen un valor constante, por lo que la mayor resistencia al flujo aéreo es debida al diámetro de la vía aérea (80% del total de las resistencias).
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