Fisiología respiratoria ventilación: cómo llega el aire a los alvéolos / Ventilation: how air gets into the alveoli

La principal función del aparato respiratorio es permitir el intercambio gaseoso, el cual se produce en las unidades alveolares. Para definir y conocer la ventilación alveolar, es necesario estar familiarizado con los volúmenes y capacidades pulmonares, además de conocer los principios fisiológicos que nos permiten medirlos y/o estimarlos. El objetivo de este artículo es revisar estos conceptos, para aumentar el entendimiento de la fisiología del aparato respiratorio.

The main function of the respiratory system is to allow gas exchange, which occurs in the alveolar units. To define and know alveolar ventilation, it is necessary to be familiarized with lung volumes and capacities, in addition to understand the physiological principles that allow us measure and / or estimate them. The objective of this article is to review these concepts, to increase the understanding of the physiology of the respiratory system.

Fisiología respiratoria mecánica de la respiración / Mechanics breathing

El trabajo respiratorio se ejerce en una estructura cerrada donde se encuentran los pulmones, estos son sometidos a cambios de presiones determinados por la musculatura pulmonar en las diferentes fases del ciclo respiratorio, lo que generará gradientes y permite la entrada y salida de aire. Se suman a ello el calibre de las vías aéreas, el tipo de flujo, las características de las vías aéreas y del surfactante pulmonar, que determinan un menor o mayor trabajo respiratorio según la condición fisiológica.

The work of breathing is exerted in a closed structure where the lungs are located. These are subjected to pressure changes determined by the pulmonary musculature in the different phases of the respiratory cycle, which will generate gradients and allow the entry and exit of air. In addition to the aforesaid, airway calibre, type of flow, airway characteristics and pulmonary surfactant determine less or more work of breathing depending on the physiological condition.

Laboratorio de función pulmonar / Lung function laboratory

El laboratorio de función pulmonar es esencial en el manejo de los pacientes con enfermedades respiratorias. El laboratorio de Clínica Las Condes realiza pruebas diagnósticas de uso habitual. El propósito de este artículo es revisar las indicaciones, limitaciones y la interpretación de éstas analizando también los aspectos técnicos, Estos exámenes son: Espirometría, volúmenes pulmonares, capacidad de difusión, test de metacolina, medición de la fracción exhalada de óxido nítrico y presión máximas inspiratorias y espiratorias, También se analizan los test de ejercicio realizados: test de marcha de seis minutos y test cardiopulmonar. Finalmente nos referimos a la oximetría nocturna como una forma de aproximarnos al diagnóstico de apnea del sueño.

Lung function tests are essential in the management of Respiratory patients. In Clinica Las Condes lab, we perform the most usual and important functional tests. The aim of this article is to review the indications, limitations and interpretation of them and also the technical aspects. This includes: Spirometry, lung volumes, DLCO, methacholine test, exhaled nitric oxide and maximum inspiratory and expiratory pressure. We also perform exercises tests like six minute walking and cardiopulmonary exercise test which we also describe. Finally, it is mention the nocturnal oximetry as an approximation to sleep apnea study.

Evaluación de los músculos respiratorios en la parálisis diafragmática bilateral / Assessment of respiratory muscle strength in bilateral diaphragmatic paralysis

Measurement of respiratory muscle strength is useful in order to detect respiratory muscle weakness and to quantify its severity. Apropos of a patient with bilateral diaphragmatic paralysis, we review the clinical manifestations and methods for assessing the strength of the respiratory muscles. In patients with severe respiratory muscle weakness, vital capacity and total lung capacity are reduced but are a non-specific and relatively insensitive measure. Conventionally, inspiratory and expiratory muscle strength has been assessed by maximal inspiratory and expiratory mouth pressures sustained for one second (PIMax and PEMax). The sniffmanoeuvre is natural and probably easier to perform. Sniff pressures are more reproducible and useful measure of diaphragmatic strength. However, the PIMax-PEMax and sniff manoeuvres are volition dependent, and submaximal efforts are most likely to occur in patients who are ill or breathless. Non-volitional tests include measurements of twitch esophageal, gastric and transdiaphragmatic pressure during bilateral electrical and magnetic phrenic nerve stimulation. Electrical phrenic nerve stimulation is technically difficult and is also uncomfortable and painful. Magnetic phrenic nerve stimulation is less painful and transdiaphragmatic pressure is reproducible in normal subjects. Systematic clinical evaluation and additional laboratory tests allow the diagnosis in most patients with respiratory muscle weakness.

La evaluación de la fuerza de los músculos respiratorios permite diagnosticar y cuantificar la gravedad de la debilidad muscular en diferentes enfermedades. A propósito de un paciente con parálisis diafragmática bilateral, hemos revisado el cuadro clínico y los procedimientos diagnósticos para evaluar la fuerza de los músculos respiratorios. En los pacientes con debilidad muscular respiratoria severa, disminuye la capacidad vital y la capacidad pulmonar total, pero es una medida inespecífica y relativamente insensible. Tradicionalmente, la fuerza muscular respiratoria es evaluada midiendo la presión inspiratoria y espiratoria máximas en la boca sostenidas durante un segundo (PIMax y PEMax). La medición de la presión inspiratoria máxima en la nariz (SNIP) es una maniobra natural, más simple de medir y más reproducible, siendo útil en la evaluación de la fuerza diafragmática. Sin embargo, estas técnicas no invasivas son operador dependiente, por lo tanto, esfuerzos submáximos es más probable que ocurran en pacientes graves o con disnea. Las mediciones de las presiones esofágica, gástrica y transdiafragmática mediante estimulación eléctrica o magnética del nervio frénico no son dependientes de la voluntad y son más confiables. Sin embargo, la estimulación eléctrica del nervio frénico es técnicamente difícil y puede ser incómoda y dolorosa. La estimulación magnética del nervio frénico es menos dolorosa y la medición de la presión transdiafragmática es reproducible en sujetos normales. La evaluación clínica sistemática y los exámenes de laboratorio complementarios permiten establecer el diagnóstico en la mayoría de los pacientes con debilidad de los músculos respiratorios.

Volúmenes pulmonares normales en pacientes con fibrosis pulmonar idiopática y enfisema / Normal lung volumes in patients with idiopathic pulmonary fibrosis and emphysema

La fibrosis pulmonar idiopática (FPI) es una enfermedad que se caracteriza por presentar un compromiso pulmonar de tipo restrictivo, resultante de una reducción en la complacencia pulmonar secundaria a fibrosis difusa. En el enfisema, la pérdida de elasticidad pulmonar y el colapso de las vías aéreas periféricas generan obstrucción e hiperinflación. El efecto simultáneo que ambas enfermedades producen sobre la fisiología pulmonar no es del todo claro y se han descripto volúmenes pulmonares normales o casi normales. Presentamos 4 pacientes de sexo masculino de 64, 60, 73 y 70 años, con antecedentes de tabaquismo e historia de disnea progresiva, tres de ellos con grave limitación en su calidad de vida al momento de la consulta. En la tomografía de tórax de alta resolución todos los pacientes presentaban signos de enfermedad intersticial pulmonar avanzada, con cambios de tipo fibrótico con predominio basal y subpleural, que coexistían con enfisema centroacinar con predominio en lóbulos superiores. Uno de ellos tuvo confirmación diagnóstica de ambas condicioes por biopsia pulmonar a cielo abierto. En los cuatro pacientes la espirometría y volúmenes pulmonares fueron normales, pero tenían importante compromiso del intercambio gaseoso evaluado mediante el test de caminata de 6 minutos. Tres de los pacientes tenían hipertensión pulmonar grave diagnosticado por ecocardiograma. La presencia de volúmenes pulmonares normales no excluye un diagnóstico de fibrosis pulmonar idiopática en pacientes fumadores si coexisten evidencias tomográficas de enfisema. En estos pacientes el grado de compromiso funcional, determinado por la reducción de los volúmenes pulmonares, no debería ser considerado en la evaluación de la gravedad.

Pulmonary function tests in idiopathic pulmonary fibrosis characteristically show a restrictive pattern, resulting from reduction of pulmonary compliance due to diffuse fibrosis. Conversely, an obstructive pattern with hyperinflation results in emphysema by loss of elastic recoil, expiratory collapse of the peripheral airways and air trapping. Previous reports suggest that when both diseases coexist, pulmonary volumes are compensated and a smaller than expected reduction or even normal lung volumes can be found. We report 4 male patients of 64, 60, 73 and 70 years, all with heavy cigarette smoking history and progressive breathlessness. Three of them had severe limitation in their quality of life. All four showed advanced lung interstitial involvement, at high resolution CT scan, fibrotic changes predominantly in the subpleural areas of lower lung fields and concomitant emphysema in the upper lobes. Emphysema and pulmonary fibrosis was confirmed by open lung biopsy in one patient. The four patients showed normal spirometry and lung volumes with severe compromise of gas exchange and poor exercise tolerance evaluated by 6 minute walk test. Severe pulmonary arterial hypertension was also confirmed in three patients. Normal lung volumes does not exclude diagnosis of idiopathic pulmonary fibrosis in patients with concomitant emphysema. The relatively preserved lung volumes may underestimate the severity of idiopathic pulmonary fibrosis and attenuate its effects on lung function parameters.

Valor de la espirometría para el diagnostico de restricción pulmonar / Accuracy of spirometry in the diagnosis of pulmonary restriction

Un defecto ventilatorio restrictivo está caracterizado por una reducción en la capacidad pulmonar total. El objetivo de este estudio fue evaluar la utilidad de la espirometría para determinar la presencia de restricción en pacientes con y sin obstrucción bronquial. Fueron incluídos 520 pacientes. Se definieron los valores normales mediante el intervalo de confianza del 95% (IC) utilizando la ecuación de Morris para la espirometría, y la de la European Respiratory Society (ERS) para capacidad pulmonar. Las espirometrías fueron clasificadas como obstructivas cuando mostraban relación volumen espiratorio forzado en 1 segundo (VEF1)/capacidad vital forzada (CVF) < 70% + VEF1 menor al límite inferior por IC. En los pacientes sin obstrucción espirométrica (n = 357) la sensibilidad y especificidad fueron 42.2% y 94.3% respectivamente, el valor predictivo negativo (VPN) fue 86.6% y el VP positivo (VPP) 65.2%. En el grupo de pacientes con obstrucción espirométrica (n = 66) la sensibilidad aumentó al 75.8% con una especificidad de 65.9%. El VPP disminuyó a sólo 57.8% y el VPN fue del 81.5%. Los pacientes con obstrucción y falsos positivos de CVF disminuida (n = 22) tuvieron los mismos valores de CVF (57.36 ± 13.45 vs. 58.82 ± 8.71%, p = 0.6451), de VEF1 (44.73 ± 19.24 vs. 44.0 ± 13.08%, p = 0.8745) y de difusión de monóxido de carbono (DLCO) (67.50 ± 27.23 vs. 77.00 ± 16.00%, p = 0.1299) que los pacientes verdaderos positivos. En conclusión, nuestros datos dan soporte experimental a la recomendación de no interpretar una CV o una CVF disminuida como evidencia de restricción en presencia de una relación VEF1/ CVF disminuida. La definición de defectos "mixtos" en la espirometría es inexacta e inaceptable.

A restrictive ventilatory defect is characterized by a decreased total lung capacity (TLC). The objective of this study was to determine the accuracy of spirometry to detect pulmonary restriction in patients with or without airflow obstruction in the spirometry. Five hundred and twenty patients were included. Normal values for lung function were determined by using the 95% confidence interval (CI) with Morris reference equation for spirometry and European Respiratory Society equation for lung volume. Spirometries were considered obstructive when FEV1/FVC ratio was <70% and FEV1 was below 95%CI. In patients without obstruction in the spirometry (n = 357) sensitivity and specificity were 42.2% and 94.3% respectively, negative predictive value (NPP) was 86.6% and positive PV (PPV) was 65.2%. In patients with an obstructive spirometry (n = 66) sensitivity increased to 75.8% but specificity decreased to 65.9%. PPV was only 57.8% and NPV 81.5%. Patients showing obstruction in the spirometry and false positives of a low FVC (n = 22) had similar values of FVC (57.36 ± 13.45 vs. 58.82 ± 8.71%, p = 0.6451), FEV1 (44.73 ± 19.24 vs. 44.0 ± 13.08%, p = 0.8745) and DLCO (67.50 ±27.23 vs. 77.00 ±16.00%, p = 0.1299) than true positives. Residual volume (RV) (125.72 ± 64. vs. 77.96 ± 29.98%, p = 0.0011) and RV/ TLC ratio (56.89 ± 12.82 vs. 38.43 ± 13.07%, p = <0.0001) were significantly higher. We conclude that a decreased FVC or VC cannot be considered evidence of ventilatory restriction in the presence of airflow obstruction on spirometry. Diagnosis of "mixed defects" by spirometry is inaccurate and should be avoided without the measurement of lung volumes.