El espacio muerto es el volumen de aire que se inhala y que no participa en el intercambio gaseoso, ya sea porque permanece en las vías aéreas conductoras o porque llega a alvéolos no perfundidos o mal perfundidos . Esto 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 a través de sus pulmones, desperdiciando la parte de la inhalación que queda en las vías aéreas conductoras, donde no puede producirse el intercambio gaseoso.
El espacio muerto total (también conocido como espacio muerto fisiológico ) es la suma del espacio muerto anatómico y el espacio muerto alveolar.
Un diseño de ventilación que aparentemente implica un desperdicio y que incluye espacios muertos genera beneficios. [1]
En los seres humanos, aproximadamente un tercio de cada respiración en reposo no produce cambios en los niveles de O2 y CO2 . En los adultos, suele estar en el rango de los 150 ml. [3]
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 esnórquel aumenta el espacio muerto de la persona al agregar aún más vías respiratorias que no participan en el intercambio de gases.
El espacio muerto anatómico es el volumen de las vías respiratorias conductoras (desde la nariz , la boca y la tráquea hasta los bronquiolos terminales). Estas conducen el gas a los alvéolos , pero no se produce intercambio de gases en ellas. 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 de nitrógeno con una sola respiración . [4] [5]
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 era de 156 ± 28 ml (n = 45 hombres) o el 26 % de su volumen corriente. [4] A pesar de la flexibilidad de la tráquea y de las vías aéreas conductoras más pequeñas, su volumen total (es decir, el espacio muerto anatómico) cambia poco con la broncoconstricción o al respirar con fuerza durante el ejercicio. [4] [6]
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 circular el aire a través de sus pulmones; no inhalan y exhalan como los mamíferos. [7]
El espacio muerto alveolar se define como la diferencia entre el espacio muerto fisiológico y el espacio muerto anatómico. A él contribuyen todas las unidades respiratorias terminales que están sobreventiladas en relación con 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 mayor que 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 .
De la misma manera que 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 , tal como se expresa en la ecuación de Bohr . [8] [9]
La ecuación de Bohr se utiliza para medir el espacio muerto fisiológico. Desafortunadamente, se requiere la concentración de dióxido de carbono (CO 2 ) en los alvéolos para utilizar la ecuación, pero no se trata de un valor único, ya que la relación ventilación-perfusión es diferente en las distintas unidades pulmonares, tanto en estado de salud como de enfermedad. En la práctica, la presión parcial arterial de CO 2 se utiliza como estimación de la presión parcial alveolar media de CO 2 , 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 pCO 2 arterial promedia los diferentes valores de pCO 2 en los diferentes alvéolos, y por tanto hace que la ecuación de Bohr sea utilizable.
La cantidad de CO2 exhalada de los alvéolos sanos se diluye con el aire de las vías aéreas conductoras (espacio muerto anatómico) y con el gas de los alvéolos que están sobreventilados en relación con su perfusión. Este factor de dilución se puede calcular una vez que se determina la pCO2 espirada mixta en el aire espirado (ya sea mediante el control electrónico del aire espirado o mediante la recolección del aire espirado en una bolsa impermeable al gas (una bolsa de Douglas) y luego midiendo la pCO2 del gas espirado mixto en la bolsa de recolección). Algebraicamente, este factor de dilución nos dará el espacio muerto fisiológico calculado por la ecuación de Bohr:
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 CO 2 y la presión parcial espiratoria final de CO 2 .
Para medir el espacio muerto anatómico se emplea una maniobra diferente: el sujeto de prueba exhala completamente, inhala profundamente una mezcla de gases con 0 % de nitrógeno (normalmente 100 % de oxígeno) y luego exhala en 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 se trata de un gas que es 100 % oxígeno en el espacio muerto anatómico. Luego, la concentración de nitrógeno 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.
La profundidad y frecuencia de nuestra respiración están determinadas por los quimiorreceptores y el tronco encefálico, modificados por una serie de sensaciones subjetivas. Cuando se ventila mecánicamente utilizando un modo mandatorio, el paciente respira a una frecuencia y un volumen corriente que dicta la máquina. Debido al espacio muerto, realizar respiraciones profundas más lentamente (por ejemplo, diez respiraciones de 500 ml por minuto) es más eficaz que realizar respiraciones superficiales 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 espacio muerto, lo que no ayuda a que el oxígeno llegue a la sangre. [ cita requerida ]
El espacio muerto mecánico o espacio muerto externo es el volumen en los conductos de un aparato respiratorio en el que el gas respiratorio fluye en ambas direcciones a medida que el usuario inhala y exhala, lo que hace que el último gas exhalado se inhale inmediatamente en la siguiente respiración, lo que aumenta el volumen corriente y el esfuerzo respiratorio necesarios para obtener la misma cantidad de aire o gas respirable utilizable y aumenta la acumulación de dióxido de carbono en las respiraciones superficiales. Es, en efecto, una extensión externa del espacio muerto fisiológico. [10]
Se puede reducir mediante:
El espacio muerto reduce la cantidad de gas respiratorio fresco que llega a los alvéolos durante cada respiración. Esto reduce el oxígeno disponible para el intercambio de gases y la cantidad de dióxido de carbono que se puede eliminar. La acumulación de dióxido de carbono suele ser el efecto más notable, a menos que el gas respirable sea hipóxico, como ocurre a gran altitud. El cuerpo puede compensar hasta cierto punto aumentando el volumen de gas inspirado, pero esto también aumenta el trabajo respiratorio y solo es eficaz cuando la relación entre el espacio muerto y el volumen corriente se reduce lo suficiente como para compensar la carga adicional de dióxido de carbono debido al mayor trabajo respiratorio. La acumulación continua de dióxido de carbono provocará hipercapnia y dificultad respiratoria .
En personas sanas, V d es aproximadamente un tercio de V t en reposo y disminuye con el ejercicio a aproximadamente un quinto, principalmente debido a un aumento en V t , ya que el espacio muerto anatómico no cambia mucho y el espacio muerto alveolar debería ser insignificante o muy pequeño. [12]
El espacio muerto externo de un aparato respiratorio determinado suele ser fijo, y este volumen debe sumarse al volumen corriente para proporcionar una ventilación efectiva equivalente en cualquier nivel de esfuerzo determinado.
