ganong

596 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

FIGURA 359 Radiografía torácica en espiración completa (izquierda) y en inspiración completa (derecha). La línea punteada en la dere-

cha es un esbozo de los pulmones en espiración completa. Nótese la diferencia en el volumen intratorácico. (Con autorización de Comroe JH Jr.: Physiology of

respiration, 2nd ed. Year Book, 1974.)

y a la izquierda (aumenta la distensibilidad) en el enfisema. Es TENSIÓN SUPERFICIAL ALVEOLAR
indispensable señalar que la distensibilidad es una medida es-
tática del retroceso pulmonar y torácico. La resistencia de los Un factor importante que afecta la distensibilidad pulmonar es
pulmones y el tórax es la diferencia de presión necesaria para la tensión superficial de la película de líquido que recubre los
una unidad de flujo aéreo; esta medición, que es dinámica y no alvéolos. La magnitud de este componente en varios volúmenes
estática, también toma en cuenta la resistencia al flujo del aire en pulmonares puede medirse si se retiran los pulmones del cuer-
las vías respiratorias. po de un animal de experimentación y se distienden de manera

Litros Litros Capacidad
6 pulmonar total
+3
Cambio en el volumen de reposo +2 Curva de 5
+1 presión
Curva de relajación Curva 4
0 inspiratoria espiratoria 3
–1 máxima Volumen máxima
de relajación

Capacidad 2 Capacidad
vital funcional residual

1 Volumen residual

–2
–120 –80 –40 0 40 80 120 160 200

Presión intrapulmonar (mmHg)

FIGURA 3510 Relación de la presión intrapulmonar y el volumen; curva de presión de relajación. La curva intermedia es la curva de pre-

sión de relajación del sistema respiratorio total; o sea, la curva de presión estática de los valores obtenidos cuando los pulmones se inflan o desinflan
con varias cantidades, y la presión intrapulmonar se mide con la vía respiratoria cerrada (presión de recuperación elástica). El volumen de relajación
es el punto en que se equilibran la recuperación torácica y la recuperación pulmonar. La pendiente de la curva es la distensibilidad de los pulmones y
la pared torácica. Las curvas inspiratoria y espiratoria máximas son las presiones de la vía respiratoria que pueden desarrollarse durante los esfuerzos
inspiratorios y espiratorios máximos.

CAPÍTULO 35 Función pulmonar 597

8 Enfisema CUADRO 352 Composición aproximada del factor
surfactante
7
Componente Composición porcentual
6 Normal
Volumen pulmonar (L) Dipalmitoilfosfatidilcolina 62
5
Fosfatidilglicerol 5
4
Otros fosfolípidos 10
3 Fibrosis
Lípidos neutros 13
2
Proteínas 8
1
Carbohidrato 2
0
10 20 30 40 FACTOR SURFACTANTE

Presión transpulmonar (cmH2O) La tensión superficial baja de los alvéolos cuando éstos son pe-
queños se debe a la presencia de un líquido que los recubre,
FIGURA 3511 Curvas de presión espiratoria estática-volu- o factor surfactante, un lípido que reduce la tensión superfi-
cial. Dicho factor es una mezcla de dipalmitoilfosfatidilcolina
men de los pulmones en sujetos normales y en individuos con (DPPC), otros lípidos y proteínas (cuadro 35-2). Si la tensión su-
enfisema grave y fibrosis pulmonar. (Modificada con autorización de Pride perficial no se mantiene baja cuando los alvéolos se reducen de
tamaño durante la espiración, éstos se colapsan según indica la
NB, Macklem PT: Lung mechanics in disease. En: Handbook of Physiology. Section 3, ley de Laplace. En las estructuras esféricas, como los alvéolos,
The Respiratory System, Vol III, part 2. Fishman AP [ed.]. American Physiological Socie- la presión de distensión es igual a dos veces la tensión dividida
ty, 1986.) entre el radio (P = 2T/r); si T no disminuye conforme r lo hace,
la tensión rebasa la presión de distensión. El factor surfactante
alternada con solución salina y aire, mientras se mide la presión también ayuda a prevenir el edema pulmonar. Se calcula que si
intrapulmonar. Como la solución salina disminuye la tensión no existiera, la tensión superficial sin oposición generaría una
superficial casi a cero, la curva de presión-volumen obtenida fuerza de 20 mmHg a favor de la trasudación de líquido de la
con solución salina cuantifica sólo la elasticidad del tejido (fig. sangre a los alvéolos.
35-12), en tanto la curva obtenida con aire mide tanto la elasti-
cidad del tejido como la tensión superficial. La diferencia entre El factor surfactante se produce en las células epiteliales al-
ambas curvas, la elasticidad debida a la tensión superficial, es veolares tipo II (fig. 35-13). Los cuerpos laminares típicos, or-
mucho más pequeña con volúmenes bajos que altos. La tensión ganelos unidos a la membrana que contienen espirales de fosfo-
superficial también es mucho menor en comparación con la ten- lípido, se forman en estas células y se secretan a la luz alveolar
sión superficial esperada en una interfase agua-aire de las mis- mediante exocitosis. Los tubos de lípidos llamados mielina tu-
mas dimensiones. bular se forman a partir de los cuerpos laminares expulsados y,
a su vez, la mielina tubular constituye la película de fosfolípido.
100 Solución salina Aire Después de su secreción, los fosfolípidos del factor surfactante
se alinean en los alvéolos con los extremos de ácido graso hi-
50 DefVolumen drófobo hacia la luz alveolar; la tensión superficial preserva una
(% inflación máxima) proporción inversa con su concentración por unidad de super-
Inf ficie. Las moléculas de factor surfactante se separan más confor-
me los alvéolos se agrandan durante la inspiración y la tensión
0 superficial aumenta, pero ésta disminuye si se aproximan en el
10 20 30 40 curso de la espiración. Las células alveolares tipo II captan algu-
Presión (cm H2O) nos de los complejos proteína-lípido del factor surfactante por
endocitosis y los reciclan.
FIGURA 3512 Relaciones presión-volumen en los
La formación de la película de fosfolípido se facilita mucho
pulmones de un gato después de retirarlos del cuerpo. Solución con las proteínas que tiene el factor surfactante. Este material
salina: los pulmones se inflan y desinflan con solución salina presenta cuatro proteínas únicas: proteína surfactante (SP) A, B,
para reducir la tensión superficial, lo cual hace posible medir la C y D (SP-A, SP-B, SP-C y SP-D). La proteína surfactante A es una
elasticidad del tejido. Aire: los pulmones inflados (Inf) y desinflados glucoproteína grande con un dominio similar al de la colágena en
(Def) con aire permiten medir la elasticidad del tejido y la tensión su estructura; posee múltiples funciones, incluida la regulación de
superficial. (Con autorización de Morgan TE: Pulmonary surfactant. N Engl J Med la captación por retroalimentación del factor surfactante por las
células epiteliales alveolares tipo II que lo secretan. La proteína
1971;284:1185.)

598 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

Espacio aéreo RECUADRO CLÍNICO 35-2
SF
Factor surfactante
TM N
N El factor surfactante es importante al nacer. El feto efectúa mo-
vimientos respiratorios en el útero, pero los pulmones perma-
LB Macrófago necen colapsados hasta el nacimiento. Después de nacer, el lac-
CB alveolar tante realiza movimientos inspiratorios fuertes y los pulmones
se expanden. El surfactante impide que se colapsen de nuevo.
Célula tipo I La deficiencia de dicho factor es una causa importante de sín-
drome de insuficiencia respiratoria infantil (IRDS; también
Célula Golgi Ácidos grasos llamado enfermedad por membrana hialina), la enfermedad
tipo II pulmonar grave que se desarrolla en los lactantes que nacen an-
N RER Colina tes que el sistema de factor surfactante sea funcional. La tensión
Glicerol superficial en los pulmones de estos niños es alta y los alvéolos
se colapsan en muchas áreas (atelectasias). Un factor adicional
Aminoácidos en el síndrome de insuficiencia respiratoria infantil es la reten-
ción de líquido en los pulmones. Durante la vida fetal, las células
Otros epiteliales pulmonares secretan cloro con líquido. Al nacer, es-
tas células cambian a la absorción de iones sodio mediante con-
FIGURA 3513 Formación y metabolismo del factor ductos epiteliales de sodio (ENaC), y se absorbe líquido con el
sodio. La inmadurez prolongada de dichos conductos contribu-
surfactante. Los cuerpos laminares (LB) se forman en las células ye a las alteraciones pulmonares en el síndrome de insuficiencia
epiteliales tipo II y se secretan por exocitosis al líquido que recubre respiratoria infantil.
los alvéolos. El material liberado del cuerpo laminar se convierte en
mielina tubular (TM), la cual es la fuente de la película superficial (SF) Asimismo, la atelectasia en parches se relaciona con defi-
de fosfolípido. El factor surfactante es captado por los macrófagos ciencia de factor surfactante en pacientes que fueron objeto de
alveolares y las células epiteliales tipo II por endocitosis. N, núcleo; cirugía cardiaca, durante la cual se haya usado un oxigenador
RER, retículo endoplásmico rugoso; CB, cuerpo compuesto. (Con autori- por bomba, con interrupción de la circulación pulmonar. Ade-
más, es factible que la deficiencia de factor surfactante participe
zación de Wright JR: Metabolism and turnover of lung surfactant. Am Rev Respir Dis, en algunas de las anomalías que aparecen luego de la oclusión
de un bronquio principal, de una arteria pulmonar o por inha-
1987;136:426.) lación prolongada de oxígeno al 100%. El tabaquismo también
disminuye el factor surfactante pulmonar.
surfactante B y la C son proteínas más pequeñas que facilitan
la formación de la película monomolecular de fosfolípido. Hay 6 PW PL
informes de una mutación en la proteína surfactante C relacio-
nada con la enfermedad pulmonar intersticial familiar. Como la
proteína surfactante A, la D es una glucoproteína. Se desconoce
su función completa, pero ambas son miembros de la familia
proteínica de la colectina, la cual participa en la inmunidad in-
nata en las vías respiratorias de conducción y en los alvéolos.
Para conocer otras funciones del factor surfactante, véase el re-
cuadro clínico 35-2.

TRABAJO RESPIRATORIO Volumen pulmonar (L) PTR
4
Éste lo realizan los músculos respiratorios para estirar los tejidos
elásticos de la pared torácica y los pulmones (trabajo elástico, H
casi 65% del trabajo total), lo cual desplaza los tejidos carentes
de elasticidad (resistencia viscosa, 7% del total) así como el aire G BC
por las vías respiratorias (resistencia de la vía respiratoria, 28% D
del total). Como la presión multiplicada por el volumen (g/cm2
× cm3 = g × cm) tiene las mismas dimensiones que el trabajo 2 F AE
(fuerza × distancia), el trabajo respiratorio puede calcularse a
partir de la curva de presión de relajación (figs. 35-10 y 35-14). 0 0 +20
El trabajo elástico total necesario para la inspiración se repre- –20 Presión transmural (cmH2O)
senta por medio del área ABCA en la figura 35-14. Nótese que
la curva de presión de relajación del sistema respiratorio total FIGURA 3514 Curvas de presión de relajación en el pulmón.
difiere de la de los pulmones solos. El trabajo elástico real reque-
rido para aumentar el volumen de los pulmones solos es el área Las curvas de presión de relajación del sistema respiratorio total (PTR),
ABDEA. La magnitud del trabajo elástico requerido para inflar los pulmones (PL) y el tórax (PW) se grafican juntos con volúmenes están-
el sistema respiratorio completo es menor comparada con la dar para capacidad residual funcional y volumen de ventilación pul-
cantidad necesaria para inflar los pulmones solos porque parte monar. La presión transmural corresponde a la presión intrapulmonar
del trabajo deriva de la energía elástica almacenada en el tórax. menos la presión intrapleural en caso de los pulmones; la presión intra-
La energía elástica que se pierde del tórax (área AFGBA) es igual pleural menos la presión exterior (barométrica) en el caso de la pared
a la ganada por los pulmones (área AEDCA). torácica, y la presión intrapulmonar menos la presión barométrica en el
caso del sistema respiratorio total. Con base en estas curvas, es posible
obtener el trabajo elástico total y real relacionado con la respiración
(véase texto). (Modificada de Mines AH: Respiratory Physiology, 3rd ed. Raven Press,

1993.)

CAPÍTULO 35 Función pulmonar 599

C B –10 cmH2O
500
Presión
intrapleural

–2.5 cmH2O
Volumen corriente (ml) Z
Volumen pulmonarY100%
X

0 –2 A –4 –6 50%

Presión intrapleural 0
+10 0 –10 –20 –30
(mmHg)
Presión intrapleural (cmH2O)
FIGURA 3515 Relaciones entre presión y volumen en la respi-
FIGURA 3516 Presiones intrapleurales en posición vertical y
ración. Representación diagramática de los cambios en la presión y el
volumen durante la inspiración (línea AXB) y la espiración (líneas BZA) su efecto en la ventilación. Nótese que como la presión intrapulmonar
tranquilas. La línea AYB es la línea de distensibilidad. es la atmosférica, la presión intrapleural más negativa en el vértice man-
tiene el pulmón en posición más expandida al inicio de la inspiración.
La resistencia por fricción al movimiento del aire es rela- Los aumentos adicionales en el volumen por unidad de incremento
tivamente pequeña durante la respiración tranquila, pero ge- en la presión intrapleural son más pequeños que en la base porque el
nera cambios en la presión intrapleural, los cuales originan pulmón expandido es más rígido. (Con autorización de West JB: Ventilation/
variaciones en el volumen pulmonar durante la inspiración y
la espiración (fig. 35-6); esto produce una curva de histéresis Blood Flow and Gas Exchange, 3rd ed. Blackwell, 1977.)
en lugar de una línea recta cuando se grafica la presión contra
el volumen (fig. 35-15). En este diagrama, el área AXBYA re- pandido al principio y, por consiguiente, la ventilación es mayor
presenta el trabajo efectuado para vencer la resistencia de la en la base. El flujo sanguíneo también es más alto en la base,
vía respiratoria y la viscosidad pulmonar. Si el flujo del aire comparado con el del vértice. El cambio relativo en el flujo san-
se vuelve turbulento durante la respiración rápida, la energía guíneo desde el vértice a la base es mayor que el cambio relativo
necesaria para desplazar el aire es mayor que cuando el flujo en la ventilación; por ello, la proporción ventilación/perfusión
es laminar. es baja en la base y alta en el vértice.

Los cálculos del trabajo total de la respiración tranquila Las diferencias en la ventilación y la perfusión entre el vértice
varían desde 0.3 a 0.8 kg-m/min. El valor se eleva mucho du- y la base de los pulmones casi siempre se atribuyen a la grave-
rante el ejercicio, pero el costo energético de la respiración en dad; tienden a desaparecer en posición supina y se esperaría que
personas normales representa menos de 3% del gasto energé- el peso de los pulmones hiciera que la presión intrapleural fuera
tico total durante el ejercicio. El trabajo respiratorio aumenta menor en la base en posición vertical. Sin embargo, se encontró
mucho en enfermedades, como enfisema, asma e insuficien- que las desigualdades de la ventilación y el flujo sanguíneo en
cia cardiaca congestiva con disnea y ortopnea. Los músculos los seres humanos persisten en gran medida en el ambiente sin
respiratorios tienen relaciones longitud-tensión como las de peso del espacio. Por tanto, hay otros factores que influyen en la
los músculos esquelético y cardiaco y, cuando se estiran mu- generación de estas diferencias.
cho, se contraen con menor fuerza. Asimismo, ellos pueden
fatigarse y fallar (falla de bomba), lo cual causa ventilación ESPACIO MUERTO Y VENTILACIÓN
inadecuada. DESIGUAL

DIFERENCIAS EN LA VENTILACIÓN Como el intercambio gaseoso en el sistema respiratorio ocurre
Y EL FLUJO SANGUÍNEO EN DISTINTAS sólo en las porciones terminales de las vías respiratorias, el gas
PARTES DEL PULMÓN que ocupa el resto del sistema no está disponible para el inter-
cambio gaseoso con la sangre capilar pulmonar. En condicio-
En la posición vertical, la ventilación por unidad de volumen es nes normales, el volumen (en mililitros) de este espacio muerto
mayor en la base del pulmón que en el vértice. La razón es que anatómico es casi igual al peso corporal en libras. Por ejemplo,
al principio de la inspiración, la presión intrapleural es menos en un varón que pesa 150 libras (68 kg), sólo los primeros 350 ml
negativa en la base que en el vértice (fig. 35-16) y, como la dife- de los 500 ml inspirados en cada respiración en reposo se mezcla
rencia en la presión intrapulmonar e intrapleural es menor que con el aire de los alvéolos. Por el contrario, con cada espiración,
en el vértice, el pulmón se expande menos. Por el contrario, en los primeros 150 ml espirados representan el gas que ocupaba el
el vértice, esta última se halla más expandida; o sea, el porcentaje espacio muerto y sólo los últimos 350 ml corresponden al gas de
de volumen pulmonar máximo es mayor. A causa de la rigidez los alvéolos. Por consiguiente, la ventilación alveolar; o sea, la
pulmonar, el incremento en el volumen pulmonar por unidad cantidad de aire que llega a los alvéolos cada minuto es menor
de aumento en la presión es menor si el pulmón está más ex-

600 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

CUADRO 353 Efecto de las variaciones en la frecuencia La fase III de la curva de nitrógeno en una sola respiración
y la profundidad respiratorias en la ventilación alveolar termina con el volumen de cierre (CV) y va seguida por la fase
IV, durante la cual aumenta el contenido de nitrógeno en el gas
Frecuencia respiratoria 30/min 10/min espirado. El volumen de cierre es el volumen pulmonar sobre
200 ml 600 ml el volumen residual en el cual las vías respiratorias de las partes
Volumen de ventilación inferiores de los pulmones empiezan a cerrarse por la presión
pulmonar 6L 6L transmural menor en estas regiones. El gas en las porciones su-
periores de los pulmones es más rico en nitrógeno comparado
Volumen por minuto (200 – 150) 30 = (600 – 150) 10 = con el gas en las regiones inferiores, en declive, porque los alvéo-
los de las partes superiores se hallan más distendidos al principio
Ventilación alveolar de la inspiración de oxígeno y, por ende, el nitrógeno que hay
en ellos se encuentra menos diluido con oxígeno. Cabe señalar
1 500 ml 4 500 ml que en la mayoría de las personas normales, la fase III presenta
una ligera pendiente positiva, incluso antes de llegar a la fase
al volumen respiratorio por minuto. Nótese también que a cau- IV. Esto indica que incluso durante la fase III, hay un aumento
sa del espacio muerto, la respiración rápida superficial produce gradual en la proporción de gas espirado, la cual proviene de
ventilación alveolar mucho menor en comparación con la respi- las porciones superiores de los pulmones, relativamente ricas en
ración lenta y profunda con el mismo volumen respiratorio por nitrógeno.
minuto (cuadro 35-3).
El espacio muerto total puede calcularse a partir de la Pco2
Es importante distinguir entre el espacio muerto anatómico del aire espirado, la Pco2 de sangre arterial y el volumen de ven-
(volumen del sistema respiratorio con excepción de los alvéolos) tilación pulmonar. El volumen de ventilación pulmonar (VT)
y el espacio muerto total (fisiológico) (volumen de gas que no multiplicado por la Pco2 del gas espirado (Peco2) es igual a la
se equilibra con la sangre; o sea, ventilación desperdiciada). En Pco2 arterial (Paco2) multiplicada por la diferencia entre el vo-
los individuos sanos, los dos espacios muertos son idénticos y lumen de ventilación pulmonar y el espacio muerto (VD) más la
pueden calcularse con el peso corporal. Sin embargo, en algunas Pco2 del aire inspirado (Pico2) multiplicada por el volumen del
enfermedades no hay intercambio entre el gas de algunos alvéo- espacio muerto (ecuación de Bohr):
los y la sangre, además que una cantidad de alvéolos está dema-
siado ventilada. El volumen de gas en los alvéolos sin perfusión Peco2 × VT = Paco2 × (VT – VD) + Pico2 × VD
y cualquier volumen de aire en los alvéolos mayor del necesario
para convertir la sangre en sangre arterial en los capilares pul- El término Pico2 × VD es tan pequeño que puede ignorarse
monares son parte del volumen gaseoso del espacio muerto (sin y la ecuación se resuelve para el volumen del espacio muerto. Si
equilibrio gaseoso). El espacio muerto anatómico es susceptible por ejemplo,
de medirse mediante el análisis de las curvas de nitrógeno en
una sola respiración (fig. 35-17). A partir de la inspiración me- Peco2 = 28 mmHg
dia, el sujeto realiza la respiración más profunda posible de oxí-
geno puro y luego espira de manera constante mientras se mide Paco2 = 40 mmHg
continuamente el contenido de nitrógeno en el gas espirado. El
gas espirado inicial (fase I) corresponde al que llenaba el espacio VT = 500 ml, entonces
muerto y, por consiguiente, no contiene nitrógeno. Luego sigue
una mezcla del gas del espacio muerto y el alveolar (fase II) y al VD = 150 ml
final el gas alveolar (fase III). El volumen del espacio muerto es
la cantidad del gas espirado desde la inspiración máxima a la La ecuación también puede usarse para medir el espacio
parte media de la fase II. muerto anatómico si se sustituye la Paco2 por la Pco2 alveolar
(Paco2), que es la Pco2 de los últimos 10 ml de gas espirado.
6 Volumen pulmonar (L) 0 La Pco2 es un promedio del gas de distintos alvéolos en pro-
porción con su ventilación, sin importar si tienen perfusión.
Concentración de N2 (%) 30 Esto contrasta con la Paco2, que es el gas equilibrado sólo en
los alvéolos con perfusión y, por consiguiente, en personas con
III IV alvéolos sin perfusión es mayor que la presión parcial de dióxi-
do de carbono.
II CV RV
I INTERCAMBIO GASEOSO
0 EN LOS PULMONES
DS
MUESTREO DE AIRE ALVEOLAR
FIGURA 3517 Curva de respiración individual de nitrógeno
En teoría, todo salvo los primeros 150 ml espirados de un varón
(N2). A partir de la inspiración media, el sujeto hace una respiración pro- sano que pesa 150 libras (68 kg) (o sea, el espacio muerto) de
funda de oxígeno puro, luego espira de manera constante. Se muestran cada espiración es el gas que se encontraba en los alvéolos (aire
los cambios en la concentración de nitrógeno en el gas espirado, con las alveolar), pero siempre ocurre cierta mezcla en la interfase en-
diversas fases de la curva indicadas por números romanos. Es notable tre el gas del espacio muerto y el aire alveolar (fig. 35-17). Por
que la región I es representativa del espacio muerto (DS); las fases I a III tanto, un porcentaje ulterior del gas espirado es la porción que
constituyen una mezcla de espacio muerto y gas alveolar; la transición se toma para el análisis. Con los aparatos modernos, los cuales
de III a IV es el volumen de cierre (CV) y el final de IV es el volumen resi-
dual (RV).

CAPÍTULO 35 Función pulmonar 601

Aire inspirado O2 100.0 Gas espirado DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA
O2 158.0 CO2 40.0 O2 116.0
CO2 0.3 H2O 47.0 CO2 32.0 ALVEOLOCAPILAR
H2O 5.7 H2O 47.0
N2 596.0 N2 573.0 N2 565.0 Los gases difunden de los alvéolos a la sangre en los capilares
pulmonares o viceversa a través de la delgada membrana alveo-
Espacio muerto Derivación locapilar formada por el epitelio pulmonar, el endotelio capilar
Alvéolos fisiológica y sus membranas basales fusionadas (fig. 35-3). El que las sus-
tancias que pasan de los alvéolos a la sangre capilar alcancen un
Hemicardio Hemicardio equilibrio en los 0.75 s que tarda la sangre en atravesar los ca-
derecho izquierdo pilares pulmonares en reposo, depende de su reacción con sus-
tancias en la sangre. Por ejemplo, el gas anestésico óxido nitroso
O2 40.0 O2 95.0 (N2O) no reacciona y alcanza el equilibrio en cerca de 0.1 s (fig.
35-19). En esta situación, la cantidad de óxido nitroso captada
CO2 46.0 Venas Arterias CO2 40.0 no se limita por la difusión, sino por la cantidad de sangre que
H2O 47.0 fluye por los capilares pulmonares; o sea, aquélla está limitada
H2O 47.0 por el flujo. Por otro lado, el monóxido de carbono (CO) se une
N2 573.0 con la hemoglobina de los eritrocitos a una velocidad tan alta
N2 573.0 que la presión parcial de dicho gas en los capilares se conserva
Capilares muy baja y no se llega al equilibrio en los 0.75 s que permanece
la sangre en los capilares pulmonares. Por tanto, la transferencia
O2 40.0– de monóxido de carbono no está mermada por la perfusión en
CO2 46.0+ reposo, sino que se encuentra limitada por la difusión. El oxí-
H2O 47.0 geno tiene un comportamiento intermedio entre el óxido nitro-
N2 573.0 so y el monóxido de carbono; la hemoglobina capta el oxígeno,
pero con mucho menor avidez que el monóxido de carbono, y
Tejidos consigue el equilibrio con la sangre capilar en cerca de 0.3 s. Por
ende, su captación está limitada por la perfusión.
FIGURA 3518 Presiones parciales de los gases (mmHg) en
La capacidad de difusión de los pulmones para un gas de-
varias partes del aparato respiratorio y en el sistema circulatorio. terminado es directamente proporcional a la superficie de la
membrana alveolocapilar e inversamente proporcional a su gro-
poseen una válvula automática adecuada, es posible recolectar sor. La capacidad de difusión del monóxido de carbono (Dlco)
los últimos 10 ml espirados durante la respiración tranquila. En se mide como un índice de la capacidad de difusión porque la
la figura 35-18, se compara la composición del gas alveolar con la captación de este gas está limitada por la difusión. La Dlco es
del aire inspirado y espirado. proporcional a la cantidad de monóxido de carbono que ingresa
a la sangre (Vco) dividida por la presión parcial de este gas en
La Pao2 también puede calcularse a partir de la ecuación de
gas alveolar:

(PAO2 = PIO2 – PACO2 FIO2 + 1 – FIO2 (
R

donde Fio2 es la fracción de moléculas de oxígeno en el gas Nivel N2O
seco, Pio2 es la Po2 inspirada y R es el índice de intercambio alveolar O2
respiratorio; o sea, el flujo de moléculas de dióxido de car-
bono a través de la membrana alveolar por minuto dividido
por el flujo de moléculas de oxígeno a través de la membrana por
minuto.

COMPOSICIÓN DEL AIRE ALVEOLAR Presión parcial

El oxígeno difunde de manera continua desde el gas en los CO
alvéolos hacia la sangre; asimismo, el dióxido de carbono di-
funde de modo constante desde la sangre a los alvéolos. En el 0 0.25 0.50 0.75
estado estable, el aire inspirado se mezcla con el gas alveolar, Tiempo en el capilar (s)
con lo cual se repone el oxígeno que entró en la sangre y se di-
luye el dióxido de carbono que ingresó a los alvéolos. Parte de FIGURA 3519 Captación de varias sustancias durante los
esta mezcla se espira. El contenido de oxígeno del gas alveolar
cae y su contenido de dióxido de carbono se eleva hasta la si- 0.75 s que tarda el tránsito por un capilar pulmonar. El óxido nitroso
guiente inspiración. Como el volumen del gas en los alvéolos (N2O) no está unido en la sangre, por lo cual su presión parcial en sangre
es cercano a 2 L al final de la espiración (capacidad funcional se eleva con rapidez hasta su presión parcial en los alvéolos. Por el con-
residual), cada incremento de 350 ml en el aire inspirado y trario, los eritrocitos captan el monóxido de carbono (CO) con avidez,
espirado tiene un efecto relativamente pequeño en la Po2 y la por lo que su presión parcial alcanza sólo una fracción de su presión
Pco2. De hecho, la composición del gas alveolar se mantiene parcial en los alvéolos. El oxígeno es intermedio entre ambos.
bastante constante, no sólo en reposo sino también en diver-
sas situaciones más.

602 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

los alvéolos menos la presión parcial del mismo en la sangre que esto evita el paso por el ventrículo derecho. La otra excepción
entra en los capilares pulmonares. Salvo por los fumadores ha- es la sangre que fluye de las arterias coronarias a las cavidades
bituales, este último término es cercano a cero, por lo cual puede izquierdas del corazón. A causa de la pequeña derivación fisio-
ignorarse y la ecuación es: lógica creada por estas dos excepciones, la sangre de las arterias
sistémicas tiene una Po2 unos 2 mmHg menor comparada con
• la de la sangre que se equilibró con el aire alveolar; además, la
saturación de hemoglobina es 0.5% menor.
DLCO = VCO
PACO En la figura 35-4, se muestra la presión de las diversas par-
tes de la porción pulmonar de la circulación de los pulmones.
El valor normal de la capacidad de difusión del monóxido de El gradiente de presión en el sistema pulmonar es cercano a
carbono en reposo es de 25 ml/min/mmHg. Ésta aumenta hasta 7 mmHg, comparado con el gradiente de casi 90 mmHg en
el triple durante el ejercicio por la dilatación capilar y un incre- la circulación sistémica. La presión capilar pulmonar es de
mento en el número de capilares activos. 10 mmHg, mientras la presión oncótica es de 25 mmHg; por
ello, un gradiente de presión de unos 15 mmHg dirigido al in-
La Po2 normal del aire alveolar es 100 mmHg (fig. 35-18) y terior mantiene los alvéolos libres de todo líquido, salvo una
la Po2 de la sangre que ingresa a los capilares pulmonares es de delgada película. Cuando la presión capilar pulmonar es mayor
40 mmHg. La capacidad de difusión para el oxígeno, como la de 25 mmHg, como ocurriría por ejemplo en la “insuficiencia
del monóxido de carbono en reposo, es cercana a 25 ml/min/ retrógrada” del ventrículo izquierdo, se producen congestión y
mmHg y la Po2 sanguínea se eleva a 97 mmHg, un valor apenas edema pulmonar.
mayor que la Po2 alveolar. Esta cifra disminuye a 95 mmHg en
la aorta por la derivación fisiológica. La capacidad de difusión El volumen de sangre en los vasos pulmonares en cualquier
del oxígeno (Dlo2) aumenta a 65 ml/min/mmHg o más duran- momento determinado es cercano a 1 L, del cual menos de 100
te el ejercicio y se reduce en enfermedades, como sarcoidosis e ml se encuentran en los capilares. La velocidad promedio de la
intoxicación por berilio (beriliosis) que producen fibrosis de las sangre en la raíz de la arteria pulmonar es la misma que en
paredes alveolares. la aorta (unos 40 cm/s). Aquélla disminuye con rapidez, luego
se eleva un poco de nuevo en las venas pulmonares más grandes.
La Pco2 de la sangre venosa es de 46 mmHg, mientras la del Un eritrocito tarda 0.75 s para atravesar los capilares pulmona-
aire alveolar corresponde a 40 mmHg, y el dióxido de carbono res en reposo y 0.3 s o menos durante el ejercicio.
difunde desde la sangre a los alvéolos a favor de este gradiente.
La Pco2 de la sangre que sale de los pulmones es de 40 mmHg. EFECTO DE LA GRAVEDAD
El dióxido de carbono pasa por todas las membranas biológicas
con facilidad y la capacidad de difusión pulmonar para este gas La gravedad tiene un efecto relativamente marcado en la circu-
es mucho mayor que la capacidad para el oxígeno. Por esta ra- lación pulmonar. En posición vertical, las porciones superiores
zón, la retención de dióxido de carbono rara vez constituye un de los pulmones están por arriba del nivel del corazón y las bases
problema en pacientes con fibrosis alveolar, incluso con dismi- se hallan al nivel o por debajo de éste. Por consiguiente, en la
nución grave en la capacidad para la difusión de oxígeno. parte superior de los pulmones el flujo sanguíneo es menor, los
alvéolos son más grandes y la ventilación es más reducida que
CIRCULACIÓN PULMONAR en la base (fig. 35-20). La presión en los capilares de la parte
superior de los pulmones es cercana a la presión atmosférica en
VASOS SANGUÍNEOS PULMONARES los alvéolos. En situaciones normales, la presión arterial pulmo-
nar es apenas suficiente para mantener la perfusión, pero si se
El lecho vascular pulmonar se parece al sistémico, excepto que reduce o la presión alveolar aumenta, algunos de los capilares
las paredes de la arteria pulmonar y sus ramas grandes tienen se colapsan. En estas circunstancias, no hay intercambio gaseo-
30% del grosor de la pared aórtica, y que los vasos arteriales pe- so en los alvéolos afectados y se convierten en parte del espacio
queños, a diferencia de las arteriolas sistémicas, son tubos en- muerto fisiológico.
doteliales con relativamente poco músculo en sus paredes. Las
paredes de los vasos poscapilares también presentan algo de En las porciones intermedias de los pulmones, la presión
músculo liso. Los capilares pulmonares son grandes y poseen arterial pulmonar y la presión capilar rebasan la presión alveo-
múltiples anastomosis, por lo cual cada alvéolo está asentado en lar, pero la presión de las vénulas pulmonares podría ser menor
una canasta capilar. que la presión alveolar durante la espiración normal, por lo cual
aquéllas se colapsan. En estas circunstancias, el flujo sanguíneo
PRESIÓN, VOLUMEN Y FLUJO depende de la diferencia de presión entre la arteria pulmonar y
los alvéolos, y no de la diferencia entre arteria pulmonar y vena
Con dos excepciones cuantitativamente menores, la sangre que pulmonar. Más allá de la constricción, la sangre “cae” en las ve-
expulsa el ventrículo izquierdo regresa a la aurícula derecha y nas pulmonares, las cuales son elásticas y captan cualquier can-
la expulsa el ventrículo derecho, lo cual hace que la vasculatura tidad de sangre que la constricción permite llegar. A esto se le
pulmonar sea única porque recibe un flujo sanguíneo casi igual llama efecto en cascada. Es obvio que la compresión de los vasos
al de todos los demás órganos del cuerpo. Una de las excepciones generada por la presión alveolar disminuye y el flujo sanguíneo
corresponde a una parte del flujo sanguíneo bronquial. Como se pulmonar aumenta conforme la presión arterial se incrementa
muestra en la figura 35-5, existen anastomosis entre los capila- hacia la base de los pulmones.
res bronquiales, así como entre los capilares y las venas pulmo-
nares; aunque parte de la sangre bronquial ingresa a las venas En las porciones inferiores de estos últimos, la presión al-
bronquiales, otra parte entra en capilares y venas pulmonares; veolar es menor que la presión en todas las partes de la circu-

CAPÍTULO 35 Función pulmonar 603

En el vértice RECUADRO CLÍNICO 35-3
Presión intrapleural
Enfermedades que afectan la circulación
más negativa pulmonar
Presión transmural
Hipertensión pulmonar
mayor
Alvéolos grandes La hipertensión pulmonar primaria puede surgir a cualquier
Presión intravascular edad. Como la hipertensión arterial sistémica, es un síndrome
con múltiples causas. Sin embargo, éstas son distintas de las que
menor generan hipertensión sistémica e incluyen hipoxia; inhalación
Menor flujo de cocaína; tratamiento con dexfenfluramina y fármacos rela-
sanguíneo cionados supresores del apetito que aumentan la serotonina
Por tanto, menor extracelular, y lupus eritematoso sistémico. Algunos casos son
ventilación familiares y parecen relacionarse con mutaciones que aumen-
y perfusión tan la sensibilidad de los vasos pulmonares a los factores de
crecimiento o que causan deformaciones en el sistema vascular
FIGURA 3520 Diagrama de las diferencias normales en la pulmonar.

ventilación y la perfusión del pulmón en la posición vertical. Las Todos estos trastornos incrementan la resistencia vascu-
áreas delineadas representan los cambios en el tamaño alveolar (no es lar pulmonar. Si no se inicia el tratamiento apropiado, al final
el tamaño real). Se señalan las diferencias características de los alvéolos el incremento de la poscarga ventricular derecha conduce a
en el vértice del pulmón. (Modificada de Levitsky, MG: Pulmonary Physiology, 6th la insuficiencia cardiaca derecha y la muerte. Es eficaz el trata-
miento con vasodilatadores, como prostaciclina y análogos de
ed. McGraw-Hill, 2003.) la prostaciclina. Hasta hace poco, éstos debían proporcionarse
por medio de infusión intravenosa continua, pero ya existen
lación pulmonar, y el flujo sanguíneo depende de la diferencia preparaciones en aerosol que parecen ser útiles.
arteriovenosa en la presión. En el recuadro clínico 35-3, se pre-
sentan ejemplos de las enfermedades que afectan la circulación Embolia pulmonar
pulmonar.
Una de las funciones pulmonares es filtrar los pequeños coágu-
ÍNDICES DE VENTILACIÓN:PERFUSIÓN los, lo cual ocurre sin síntoma alguno. Cuando un émbolo blo-
quea ramas más grandes de la arteria pulmonar, se produce un
La proporción entre la ventilación pulmonar y el flujo sanguí- aumento de la presión arterial pulmonar, con respiración rápida
neo pulmonar para el pulmón completo en reposo, se aproxima y superficial (taquipnea). El incremento de la presión arterial
a 0.8 (4.2 L/min de ventilación dividida por 5.5 L/min de flujo pulmonar puede ser resultado de la vasoconstricción refleja por
sanguíneo). Sin embargo, hay diferencias relativamente marca- las fibras nerviosas simpáticas, pero parece que no hay vaso-
das en este índice de ventilación:perfusión en varias partes del constricción refleja cuando se bloquean las ramas grandes de
pulmón normal como resultado del efecto de la gravedad, y en la arteria pulmonar. La taquipnea es una respuesta refleja a la
la enfermedad es frecuente que haya cambios locales en el índice activación de los receptores pulmonares inervados por el vago
de ventilación:perfusión. Si la ventilación en un alvéolo dismi- cercanos a las paredes vasculares. En apariencia, éstos se activan
nuye con respecto a su perfusión, la Po2 del mismo cae porque en el sitio de la embolia.
recibe menos oxígeno y la Pco2 se eleva porque espira menos
dióxido de carbono. Por el contrario, si la perfusión se reduce acuesta, el volumen sanguíneo pulmonar aumenta hasta 400 ml;
con respecto a la ventilación, la Pco2 se desploma porque llega si ésta se pone de pie, dicha sangre se descarga a la circulación
menos dióxido de carbono y la Po2 se eleva a causa de la entrada general. Este cambio es la causa del descenso en la capacidad vi-
disminuida de oxígeno en la sangre. Estos efectos se resumen en tal en la posición supina y explica la ortopnea en la insuficiencia
la figura 35-21. cardiaca.

Como se explicó antes, la ventilación y la perfusión en posición REGULACIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO
vertical disminuyen de modo lineal desde las bases a los vértices PULMONAR
pulmonares. Sin embargo, los índices de ventilación:perfusión
son altos en las porciones altas de los pulmones. Cuando es di- Aún no se establece si las venas pulmonares y las arterias pul-
seminada, la discrepancia entre ventilación y perfusión en los monares se regulan por separado, aunque la constricción de las
pulmones puede causar retención de dióxido de carbono y des- venas aumenta la presión capilar pulmonar y la constricción
censo de la Po2 arterial sistémica. de las arterias pulmonares eleva la carga al lado derecho del
corazón.
RESERVORIO PULMONAR
El flujo sanguíneo pulmonar se modifica por factores activos
Por su distensibilidad, las venas pulmonares constituyen un re- y pasivos. Los vasos pulmonares tienen una inervación autonómi-
servorio sanguíneo importante. Cuando una persona normal se

604 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

PCO2 (mmHg) CUADRO 354 Receptores que afectan el músculo liso
• en las arterias y las venas pulmonares
•
•50_O A
•VNormal
Dependencia
VA/Q VA/Q ascendente Receptor Subtipo Respuesta de endotelio
descendente

Autónomo

0 50 100 150 α1
α2
PO2 (mmHg) Adrenérgico β2 Contracción No
M3 Relajación Sí
FIGURA 3521 Efectos de .la d.isminución o el aumento en el Muscarínico P2x Relajación Sí
Purinérgico P2y Relajación Sí
índice ventilación/perfusión (VA/Q) en las presiones parciales de Taquicinina NK1 Contracción No
dióxido de carbono (PCO2) y de oxígeno (PO2) en un alvéolo. Los VIP NK2 Relajación Sí
dibujos sobre la curva representan un alvéolo y un capilar pulmo- ? Relajación Sí
Contracción No
nar; las áreas en color rojo oscuro indican los sitios de bloqueo. Con Relajación ?

la obstrucción completa del alvéolo, l(aV–P).CCO2ony la PO2 se aproximan a
los valores de la sangre venosa mixta el bloqueo completo

de la perfusión, la PCO2 y la PO2 se aproximan a los valores del aire
inspirado. (Con autorización de West JB: Ventilation/Blood Flow and Gas Exchan-

ge, 3rd ed. Blackwell, 1977.)

ca extensa, y la estimulación de los ganglios simpáticos cervicales CGRP ? Relajación No
reduce el flujo sanguíneo pulmonar hasta 30%. Los vasos tam-
bién reaccionan a los agentes humorales circulantes. En el cua- Humorales
dro 35-4, se resumen varios de los receptores implicados y su
efecto en el músculo liso pulmonar. Muchas de las respuestas Adenosina A1 Contracción No
dilatadoras dependen del endotelio y se supone que éstas operan Angiotensina II A2 Relajación No
mediante la liberación de óxido nítrico (NO). ANP AT1 Contracción No
Bradicinina ANPA Relajación No
Los factores pasivos, como el gasto cardiaco y las fuerzas Endotelina ANPB Relajación No
gravitacionales, también tienen efectos importantes en el flujo Histamina B1? Relajación Sí
sanguíneo pulmonar. Los ajustes locales de perfusión a ven- 5-HT B2 Relajación Sí
tilación dependen de los efectos locales del oxígeno (o la falta Tromboxano ETA Contracción No
del mismo). Con el ejercicio, el gasto cardiaco se incrementa y ETB Relajación Sí
la presión arterial pulmonar se eleva de manera proporcional, H1 Relajación Sí
con poca o ninguna vasodilatación. Más eritrocitos pasan por H2 Relajación No
los pulmones sin reducción alguna en la saturación de oxígeno 5-HT1 Contracción No
de la hemoglobina que contienen; por consiguiente, la cantidad 5-HT1C Relajación Sí
total de oxígeno aportada a la circulación general aumenta. Los TP Contracción No
capilares se dilatan y se “reclutan” capilares que antes tenían
poca perfusión para que transporten sangre. El efecto neto es Vasopresina V1 Relajación Sí
un aumento marcado en el flujo sanguíneo pulmonar con pocas
alteraciones, si acaso las hay, en las señales autonómicas a los VIP, péptido intestinal vasoactivo; CGRP, péptido relacionado con el gen de la calcitoni-
vasos pulmonares. na; ANP, péptido natriurético auricular; 5-HT, 5-hidroxitriptamina. Modificado con auto-
rización a partir de Barnes PJ, Lin SF: Regulation of pulmonary vascular tone. Pharmacol
Cuando se obstruye un bronquio o un bronquiolo, aparece Rev 1995;47:88.
hipoxia en los alvéolos hipoventilados distales a la obstrucción.
Parece que la deficiencia de oxígeno actúa de manera directa so-
bre el músculo liso vascular en el área para generar constricción,
lo cual desvía la sangre lejos del área hipóxica. La acumulación
de dióxido de carbono causa decremento del pH en la región, y
el descenso del pH también origina vasoconstricción pulmonar,
a diferencia de la vasodilatación que causa en otros tejidos. Por
el contrario, la reducción del flujo sanguíneo en una región pul-
monar disminuye la Pco2 del área y esto induce constricción de
los bronquios que llegan a ella, lo cual desvía la ventilación lejos
de la zona con hipoperfusión. Asimismo, la hipoxia sistémica
genera constricción de las arteriolas pulmonares, con aumento
subsiguiente de la presión arterial pulmonar.

CAPÍTULO 35 Función pulmonar 605

OTRAS FUNCIONES DEL SISTEMA RECUADRO CLÍNICO 35-4
RESPIRATORIO
Fibrosis quística
MECANISMOS PULMONARES
DE DEFENSA Entre los caucásicos, la fibrosis quística es uno de los trastor-
nos genéticos más frecuentes: 5% de la población porta el gen
Las vías respiratorias que van desde el exterior hasta los alvéolos defectuoso, y la enfermedad se presenta en uno de cada 2 000
hacen más que sólo servir como conductos de gas. Humectan neonatos.
y enfrían o entibian el aire inspirado para que incluso el aire
muy frío o muy caliente esté a la temperatura corporal o cer- El gen anómalo en la fibrosis quística se ubica en el brazo lar-
ca de ella para cuando llega a los alvéolos. Las células epiteliales go del cromosoma 7 y codifica el regulador de conductancia
de las vías respiratorias pueden secretar diversas moléculas que transmembrana de la fibrosis quística (CFTR), un conducto
ayudan a la defensa pulmonar. Las células epiteliales de las vías de cloro regulado que se sitúa en la membrana apical de varios
respiratorias secretan inmunoglobulinas (IgA), colectinas (in- epitelios secretores y reabsorbentes. El número de mutaciones
cluidos los surfactantes A y D), defensinas y otros péptidos y informadas en el gen CFTR causantes de fibrosis quística es gran-
proteasas, así como especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno. de y la gravedad del defecto varía según la mutación, pero no es
Estas secreciones actúan de manera directa como antimicrobia- sorprendente en un gen que codifica una proteína tan comple-
nos para ayudar a mantener la vía respiratoria libre de infección. ja. La mutación que genera la fibrosis quística más frecuente es
Las células epiteliales de la vía respiratoria también secretan va- la pérdida del residuo de fenilalanina en la posición 508 de la
rias quimiocinas y citocinas que atraen células inmunitarias y de proteína (ΔF508). Esto impide el plegamiento adecuado de
otro tipo al sitio de las infecciones. la molécula, lo cual reduce los niveles en la membrana.

Hay varios mecanismos para prevenir que las materias ex- Un resultado de la fibrosis quística es la infección repetida,
trañas lleguen a los alvéolos. Los pelos de las cavidades nasales sobre todo con Pseudomonas aeruginosa, y la destrucción pro-
detienen muchas partículas con diámetro mayor de 10 μm. La gresiva de los pulmones que al final resulta letal. En este tras-
mayoría de las partículas restantes de este tamaño se asienta en torno congénito recesivo, la función de un conducto de cloro,
las mucosas de nariz y faringe; a causa de su impulso, no siguen el conducto regulador de la conductancia transmembrana de
la corriente de aire cuando se desvía hacia abajo a los pulmones y la fibrosis quística, disminuye por mutaciones con pérdida
se impactan con las amígdalas y las adenoides (grandes acumu- de función en el gen que lo codifica. Se esperaría que también
laciones de tejido linfoide con actividad inmunitaria en la parte estuviera disminuida la reabsorción de sodio, y de hecho lo está
posterior de la faringe). Las partículas de 2 a 10 μm de diámetro en las glándulas sudoríparas. Sin embargo, en los pulmones
casi siempre caen en las paredes de los bronquios cuando el flujo está aumentada; por ello, el sodio y el agua se desplazan fuera
del aire se torna más lento en las vías más pequeñas. Ahí pueden de las vías respiratorias, lo cual deja secreciones espesas y pega-
iniciar la constricción bronquial refleja y la tos. Otra posibili- josas. Esto reduce la capa periciliar, situación que inhibe la fun-
dad es que se expulsen de los pulmones por medio del “trans- ción del transporte mucociliar, altera el ambiente local y reduce
porte mucociliar”. El epitelio de las vías respiratorias desde el la eficacia de las secreciones antimicrobianas.
tercio anterior de la nariz hasta el principio de los bronquiolos
respiratorios es ciliado. Los cilios están bañados con un líquido pequeñas partículas. También ayudan a procesar los antígenos
periciliar que casi siempre bate a frecuencias de 10 a 15 Hz. En inhalados para el ataque inmunitario y secretan sustancias que
la superficie de la capa periciliar y los cilios batientes existe una atraen granulocitos a los pulmones, así como a sustancias que es-
capa mucosa, una mezcla compleja de proteínas y polisacáridos timulan la formación de granulocitos y monocitos en la médula
secretados en células especializadas, glándulas o ambas, en las ósea. Cuando los macrófagos alveolares pulmonares ingieren
vías respiratorias de conducción. Esta combinación permite grandes cantidades de sustancias en el humo del tabaco u otros
atrapar partículas extrañas (en el moco) y transportarlas fuera irritantes, también liberan productos lisosómicos hacia el espa-
de la vía respiratoria (impulsadas por los movimientos ciliares). cio extracelular que causan inflamación.
El mecanismo ciliar es capaz de mover partículas desde los pul-
mones a una velocidad de al menos 16 mm/min. Cuando la mo- FUNCIONES METABÓLICAS
tilidad ciliar es anómala, como ocurre en el tabaquismo, otras Y ENDOCRINAS DE LOS PULMONES
situaciones ambientales o deficiencia genética, el transporte de
moco es inexistente. Esto puede ocasionar sinusitis crónica, in- Además de sus funciones en el intercambio gaseoso, los pulmo-
fecciones pulmonares recurrentes y bronquiectasia. Algunos de nes tienen varias actividades metabólicas. Generan surfactante
tales síntomas son evidentes en la fibrosis quística (recuadro clí- para uso local, como se indicó antes. Asimismo, contienen un
nico 35-4). sistema fibrinolítico que destruye coágulos en los vasos pulmo-
nares. Liberan diversas sustancias que ingresan a la sangre arte-
Los macrófagos alveolares pulmonares constituyen otro rial sistémica (cuadro 35-5) y extraen otras sustancias de la san-
elemento importante del sistema de defensa pulmonar. Como gre venosa sistémica que llegan a ellos por la arteria pulmonar.
otros macrófagos, estas células provienen de la médula ósea. Las Las prostaglandinas se retiran de la circulación, pero también se
partículas menores de 2 μm de diámetro pueden evadir el trans- sintetizan en los pulmones y se descargan en la sangre cuando el
porte mucociliar y llegar a los alvéolos. Los macrófagos alveo- tejido pulmonar se estira.
lares pulmonares son células fagocíticas activas e ingieren estas

606 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

CUADRO 355 Sustancias con actividad biológica ■ El aire entra en el sistema respiratorio por la vía respiratoria supe-
metabolizadas en los pulmones rior, luego continúa a las vías respiratorias de conducción y a las
que terminan en los alvéolos. En la parte alta del sistema respirato-
Sintetizada y usada en los pulmones rio, el aire se humecta y entibia. La superficie transversal de las vías
respiratorias aumenta de modo gradual en la zona de conducción
Factor surfactante y luego se incrementa rápidamente en la transición de la zona de
conducción a la respiratoria.
Sintetizada o almacenada y liberada a la sangre
■ El epitelio que recubre las vías respiratorias de conducción tiene cé-
Prostaglandinas lulas ciliadas que atrapan partículas para que no lleguen a la zona
respiratoria. El epitelio que recubre los alvéolos consiste en dos tipos
Histamina celulares: células alveolares tipo I y tipo II. Las primeras son células
epiteliales aplanadas que constituyen casi 95% de la superficie alveo-
Calicreína lar y son el sitio de intercambio gaseoso. Las segundas son células
epiteliales cuboides que secretan surfactante y recubren la superficie
Eliminada parcialmente de la sangre alveolar.

Prostaglandinas ■ Hay varias mediciones importantes del volumen pulmonar: volu-
men de ventilación pulmonar, volumen inspiratorio; volumen de
Bradicinina reserva espiratoria; capacidad vital forzada (FVC); volumen espi-
ratorio forzado en un segundo (FEV1), volumen respiratorio por
Nucleótidos de adenina minuto y ventilación voluntaria máxima.

Serotonina ■ La distensibilidad pulmonar se refiere a la habilidad de los pulmo-
nes para estirarse. Sin embargo, muchos factores normales afectan
Noradrenalina la distensibilidad pulmonar y están bien representados en una curva
completa de presión-volumen.
Acetilcolina
■ El factor surfactante es una mezcla de lípidos y proteínas presente en
Activada en los pulmones el líquido que recubre el epitelio alveolar. Una función importante
de dicho factor es aumentar la tensión superficial de los alvéolos
Angiotensina I → angiotensina II para impedir que se desinflen.

Los pulmones también activan una hormona; el decapéptido ■ Tanto la ventilación como la perfusión son mayores en las bases
angiotensina I, el cual carece de actividad biológica, se convierte pulmonares y menores en los vértices. La proporción ventilación/
en el octapéptido angiotensina II, agente presor y estimulante de perfusión es menor en la base que en el vértice del pulmón.
la aldosterona, en la circulación pulmonar. La reacción ocurre
de la misma manera en otros tejidos, pero es muy importante ■ No todo el aire que entra en la vía respiratoria está disponible para el
en los pulmones. Existen grandes cantidades de la enzima con- intercambio gaseoso. Las regiones en las cuales no hay intercambio
vertidora de angiotensina, reguladora de esta activación, en la de gases en la vía respiratoria se llaman “espacio muerto”. Las vías
superficie de las células endoteliales de los capilares pulmona- respiratorias de conducción representan el espacio muerto anató-
res. La enzima convertidora también desactiva la bradicinina. El mico. El aumento del espacio muerto puede ocurrir como respuesta
tiempo de circulación por los capilares pulmonares es menor de a alguna enfermedad que afecte el intercambio gaseoso en la zona
1 s, y aún así 70% de la angiotensina I que llega a los pulmones respiratoria.
se convierte en angiotensina II en un solo paso por los capilares.
Se identificaron cuatro peptidasas más en la superficie de las cé- ■ El gradiente de presión en el sistema circulatorio pulmonar es mu-
lulas endoteliales pulmonares, pero su participación fisiológica cho menor comparado con el de la circulación sistémica. Como la
se desconoce. presión capilar pulmonar es mucho menor que la presión oncótica
en el plasma, el líquido permanece en este último a su paso por los
La eliminación de la serotonina y la noradrenalina disminuye pulmones.
las cantidades de sustancias vasoactivas que llegan a la circula-
ción sistémica. No obstante, muchas otras hormonas vasoactivas ■ El transporte mucociliar en las vías respiratorias de conducción
pasan por los pulmones sin metabolizarse; éstas comprenden ayuda a mantener las partículas fuera de la zona respiratoria.
adrenalina, dopamina, oxitocina, vasopresina y angiotensina II.
Además, las células neuroendocrinas pulmonares secretan va- ■ Se conocen diversas sustancias biológicas que se metabolizan en los
rias aminas y polipéptidos. pulmones; éstas incluyen las generadas y que actúan en los pulmo-
nes (p. ej., factor surfactante), compuestos liberados o eliminados
RESUMEN DEL CAPÍTULO de la sangre (p. ej., prostaglandinas) y sustancias que se activan a su
paso por los pulmones (p. ej., angiotensina II).
■ La presión ejercida por cualquier gas en una mezcla de gases se defi-
ne como presión parcial. Las presiones parciales (P) de los gases en PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE
el aire al nivel del mar son las siguientes: Po2, 149 mmHg; Pco2, 0.3
mmHg; Pn2 (incluye otros gases), 564 mmHg. Para todas las preguntas elija una sola respuesta, a menos que se indique
lo contrario.

1. En la cima del Monte Everest, donde la presión barométrica es cer-
cana a 250 mmHg, la presión parcial de oxígeno es

A) 0.1 mmHg
B) 0.5 mmHg
C) 5 mmHg
D) 50 mmHg
E) 100 mmHg

CAPÍTULO 35 Función pulmonar 607

2. La capacidad vital forzada es 6. La resistencia de las vías respiratorias

A) la cantidad de aire que normalmente entra en (o sale de) los A) aumenta cuando los pulmones se extirpan y se inflan con solu-
pulmones en cada respiración ción salina

B) la cantidad de aire que ingresa a los pulmones, pero no partici- B) no afecta el trabajo respiratorio
pa en el intercambio gaseoso C) aumenta en pacientes parapléjicos
D) se incrementa en el asma
C) la mayor cantidad de aire espirado después de un esfuerzo es- E) constituye 80% del trabajo respiratorio
piratorio máximo
7. El factor surfactante que recubre los alvéolos
D) la mayor cantidad de aire que puede desplazarse hacia adentro
y afuera de los pulmones en un minuto A) ayuda a prevenir el colapso pulmonar
B) se produce en las células alveolares tipo I y se secreta al alvéolo
3. El volumen de ventilación pulmonar es C) aumenta en los pulmones de quienes fuman intensamente
D) es un complejo glucolipídico
A) la cantidad de aire que entra en y sale de los pulmones normal-
mente en cada respiración RECURSOS DEL CAPÍTULO

B) la cantidad de aire que ingresa a los pulmones, pero no partici- Barnes PJ: Chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med 2000;
pa en el intercambio gaseoso 343:269.

C) la mayor cantidad de aire espirado después de un esfuerzo es- Budhiraja R, Tudor RM, Hassoun PM: Endothelial dysfunction in pul-
piratorio máximo monary hypertension. Circulation 2004;88:159.

D) la mayor cantidad de aire que puede desplazarse dentro y fuera Crystal RG, West JB (editors): The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed.
de los pulmones en un minuto Raven Press, 1997.

4. ¿Cuál de los siguientes es el encargado del movimiento del oxígeno Fishman AP, et al (editors): Fishman’s Pulmonary Diseases and Disor-
desde los alvéolos hacia la sangre en los capilares pulmonares? ders, 4th ed. McGraw-Hill, 2008.

A) transporte activo Levitzky MG: Pulmonary Physiology, 7th ed. McGraw-Hill, 2007.
B) filtración Prisk GK, Paiva M, West JB (editors): Gravity and the Lung: Lessons
C) transporte activo secundario
D) difusión facilitada from Micrography. Marcel Dekker, 2001.
E) difusión pasiva West JB: Pulmonary Pathophysiology, 5th ed. McGraw-Hill, 1995.
Wright JR: Immunoregulatory functions of surfactant proteins. Nat
5. ¿Cuál de los siguientes produce relajación del músculo liso bronquial?
Rev Immunol 2005;5:58.
A) leucotrienos
B) polipéptido intestinal vasoactivo
C) acetilcolina
D) aire frío
E) dióxido de azufre



Transporte de gas CAPÍTULO
y pH en los pulmones
36

OBJETIVOS

Después de revisar este capítulo, el lector será capaz de:

■ Describir la forma en que el oxígeno (O2) fluye “cuesta abajo” desde los pulmones a los teji-
dos y el dióxido de carbono (CO2) fluye “cuesta abajo” de los tejidos a los pulmones.

■ Describir las reacciones del oxígeno con la hemoglobina y la curva de disociación oxígeno-
hemoglobina.

■ Listar los factores importantes que afectan la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y
la importancia fisiológica de cada uno.

■ Listar las reacciones que aumentan la cantidad de dióxido de carbono en la sangre y trazar
la curva de disociación de dióxido de carbono para sangre arterial y venosa.

■ Listar los principales amortiguadores en la sangre y describir mediante la ecuación de Hen-
derson-Hasselbach qué es único sobre el sistema amortiguador de bicarbonato.

■ Definir la alcalosis y la acidosis, así como esbozar los mecanismos compensadores respira-
torios y renales en respuesta a la alcalosis y la acidosis.

■ Definir la hipoxia y describir sus cuatro modalidades principales.

■ Listar y explicar los efectos del monóxido de carbono en el organismo.

■ Describir los efectos de la hipercapnia y la hipocapnia, presentar ejemplos de los trastornos
que las causan.

INTRODUCCIÓN oxígeno hemoglobina, y que cerca de 94.5% del dióxido de car-
bono que se disuelve entra en una serie de reacciones químicas
Los gradientes de presión parcial de oxígeno y dióxido de car- reversibles que lo convierten en otros compuestos. Por tanto, la
bono, trazados en una gráfica se hallan en la figura 36-1, lo cual presencia de hemoglobina aumenta 70 veces la capacidad trans-
enfatiza que éstos constituyen la clave para el desplazamiento portadora de oxígeno de la sangre, y las reacciones del dióxido
de gas y que el oxígeno fluye “cuesta abajo” desde el aire por los de carbono incrementan el contenido sanguíneo de este gas 17
alvéolos y a la sangre en los tejidos, mientras que el dióxido de veces. En este capítulo, se describen los detalles fisiológicos que
carbono “fluye cuesta abajo” de los tejidos a los alvéolos. Sin em- explican el desplazamiento de oxígeno y dióxido de carbono en
bargo, la cantidad de estos dos gases transportados hacia y desde varias situaciones.
los tejidos sería insuficiente si no fuera que 99% del oxígeno di-
suelto en la sangre se combina con la proteína transportadora de

TRANSPORTE DE OXÍGENO la calidad del intercambio gaseoso, el flujo sanguíneo al tejido
y la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. El flujo
APORTE DE OXÍGENO A LOS TEJIDOS sanguíneo depende del grado de constricción del lecho vascu-
lar en el tejido y del gasto cardiaco. La cantidad de oxígeno en
El sistema de aporte de oxígeno al cuerpo consiste en pulmo- la sangre depende de la cantidad que se disuelva, la concentra-
nes y aparato cardiovascular. El aporte de oxígeno a un tejido ción de hemoglobina en sangre y de la afinidad de ésta por el
particular depende de la cantidad que llegue a los pulmones, oxígeno.

609

610 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

Presión parcial (mmHg)150 PO2 100
Porcentaje de saturación de O de la hemoglobina
120 90
2(Arterial)
80 PO2 % Sat O2 disuelto
90 (mmHg) de Hb (ml/100 ml)
70

60 (Venosa) 60 10 13.5 0.03
30 PCO2
(Est) 50 20 35 0.06
(Est)
30 57 0.09

40 40 75 0.12

50 83.5 0.15

0 Aire Pulmones Sangre Tejidos 30 60 89 0.18
70 92.7 0.21

20 80 94.5 0.24
90 96.5 0.27

FIGURA 361 Valores de PO2 y PCO2 en aire, pulmones, sangre y 10 100 97.5 0.30

tejidos. Nótese que tanto el oxígeno (O2) como el dióxido de carbono 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
(CO2) difunden “cuesta abajo” a favor de los gradientes de presión PO2 (mmHg)
parcial decreciente. (Redibujada con autorización a partir de Kinney JM: Transport
FIGURA 362 Curva de disociación de oxígeno-hemoglobina.
of carbon dioxide in blood. Anesthesiology 1960;21:615.)
pH 7.40, temperatura 38°C. El cuadro insertado indica el porcentaje de
REACCIÓN DE LA HEMOGLOBINA hemoglobina saturada según la PO2 y el oxígeno (O2) disuelto. (Redibujada
CON EL OXÍGENO
con autorización de Comroe JH Jr., et al: The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary
La dinámica de la reacción de la hemoglobina con el oxígeno la Function Tests, 2nd ed. Year Book, 1962.)
convierte en un transportador de oxígeno muy adecuado.
La hemoglobina es una proteína formada por cuatro sub- geno de la hemoglobina con la Po2 (fig. 36-2). Esta curva tiene
unidades, cada una de las cuales contiene una fracción hem una forma sigmoide característica por la interconversión T-R.
unida a una cadena polipeptídica. En adultos normales, la La combinación del primer hem de la molécula de hemoglo-
mayoría de las moléculas de hemoglobina contiene dos cade- bina con oxígeno aumenta la afinidad del segundo hem por el
nas α y dos β. El hem (fig. 32-7) es un complejo anular de por- oxígeno; la oxigenación del segundo incrementa la afinidad
firina que incluye un átomo de hierro ferroso. Cada uno de del tercero, etc., por lo que la afinidad de la hemoglobina por
los cuatro átomos de hierro de la hemoglobina puede unirse la cuarta molécula de oxígeno es muchas veces mayor que por la
de manera reversible a una molécula de oxígeno. El hierro per- primera.
manece en estado ferroso, por lo cual la reacción es de oxige-
nación, no de oxidación. Se acostumbra escribir la reacción de Cuando la sangre se equilibra con oxígeno al 100% (Po2 =
la hemoglobina con oxígeno como Hb + O2 HbO2. Como 760 mmHg), la hemoglobina normal se satura al 100%. Cuan-
contiene cuatro unidades de desoxihemoglobina (Hb), la mo- do está saturada, cada gramo de hemoglobina normal contiene
lécula de hemoglobina también puede representarse como Hb4, 1.39 ml de oxígeno. Sin embargo, en condiciones normales la
y en realidad reacciona con cuatro moléculas de oxígeno para sangre contiene pequeñas cantidades de derivados inactivos de
formar Hb4O8. hemoglobina y el valor medido in vivo es menor. La cifra usual
es 1.34 ml de oxígeno. La concentración de hemoglobina en
Hb4 + O2 ←→ Hb4 O2 sangre normal es cercana a 15 g/100 ml (14 g/100 ml en mujeres
y 16 g/100 ml en varones). Por ende, 100 ml de sangre contienen
Hb4 O2 + O2 ←→ Hb4 O4 20.1 ml (1.34 ml por 15) de oxígeno unido con la hemoglobina
cuando ésta se satura al 100%. La cantidad de oxígeno disuel-
Hb4 O4 + O2 ←→ Hb4 O6 to está en función lineal de la Po2 (0.003 ml/100 ml de sangre/
mmHg de Po2).
Hb4 O6 + O2 ←→ Hb4 O8
In vivo, la hemoglobina de la sangre en los extremos de los
La reacción es rápida, requiere menos de 0.01 s. La desoxige- capilares pulmonares se aproxima a una saturación de 97.5%
nación (reducción) de Hb4O8 también es muy rápida. con oxígeno (Po2 = 97 mmHg). A causa de una pequeña mezcla
de sangre venosa que evita el paso por los capilares pulmonares
La estructura cuaternaria de la hemoglobina determina su (derivación fisiológica), la hemoglobina de la sangre sistémica
afinidad por el oxígeno. En la desoxihemoglobina, las unidades sólo tiene una saturación de 97%. Por consiguiente, la sangre
globina se unen con fuerza en una configuración tensa (T) que arterial porta cerca de 19.8 ml de oxígeno por cada 100 ml en
reduce la afinidad de la molécula por el oxígeno. Cuando se une total: 0.29 ml en solución y 19.5 ml unidos con hemoglobina. En
el oxígeno, los enlaces que sostienen las unidades globina se libe- la sangre venosa en reposo, la hemoglobina presenta una satu-
ran, lo cual genera una configuración relajada (R) que expone ración de 75% y el contenido total de oxígeno es cercano a 15.2
más sitios de unión con oxígeno. El resultado neto es un aumen- ml/100 ml: 0.12 ml en solución y 15.1 ml unidos con hemoglo-
to de 500 veces en la afinidad por el oxígeno. En los tejidos, estas bina. Por tanto, en reposo los tejidos retiran alrededor de 4.6 ml
reacciones se invierten, lo cual libera el oxígeno. Se calcula que de oxígeno de cada 100 ml de sangre que pasa por ellos (cuadro
la transición de un estado a otro ocurre unas 108 veces en la vida 36-1); 0.17 ml de este total comprende oxígeno disuelto en la
de un eritrocito. sangre y el resto es el oxígeno liberado de la hemoglobina. De
esta manera, en reposo se transportan 250 ml de oxígeno por
La curva de disociación oxígeno-hemoglobina relaciona minuto de la sangre a los tejidos.
el porcentaje de saturación de la capacidad portadora de oxí-

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 611

CUADRO 361 Contenido gaseoso de la sangre El 2,3-difosfoglicerato es muy abundante en los eritrocitos.
Se forma a partir de 3-fosfogliceraldehído, el cual corresponde
ml/100 ml de sangre que contiene 15 g de hemoglobina a un producto de la glucólisis por la vía de Embden-Meyerhof
(fig. 36-4). Éste es un anión con carga elevada que se une con las
Sangre arterial (PO2, 95 Sangre venosa (PO2, 40 cadenas β de la desoxihemoglobina. Una mola de desoxihemo-
mmHg; PCO2, 40 mmHg; mmHg; PCO2, 46 mmHg; Hb, globina se une a una mola de 2,3-difosfoglicerato. En efecto,

Hb, 97% saturada) 75% saturada) HbO2 + 2,3-DPG Hb-2,3-DPG + O2

Gas Disuelto Combinado Disuelto Combinado En este equilibrio, un aumento en la concentración de 2,3-
difosfoglicerato desvía la reacción a la derecha, lo cual induce la
O2 0.29 19.5 0.12 15.1 liberación de más oxígeno.
CO2 2.62 46.4 2.98 49.7
N2 0.98 0 0.98 0 Como la acidosis inhibe la glucólisis en los eritrocitos, la
concentración de 2,3-difosfoglicerato cae cuando el pH es bajo.
FACTORES QUE AFECTAN LA AFINIDAD Por el contrario, las hormonas tiroideas, las hormonas del
crecimiento y los andrógenos aumentan la concentración de
DE LA HEMOGLOBINA POR EL OXÍGENO 2,3-difosfoglicerato y la P50.

Tres condiciones importantes influyen en la curva de disocia- Se conocen informes de que el ejercicio induce un aumento
ción de oxígeno-hemoglobina: el pH, la temperatura y la con- de 2,3-difosfoglicerato en 60 min, aunque tal vez el incremento
centración de 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG). Un incremento no ocurra en atletas entrenados. La P50 también aumenta du-
en la temperatura o un descenso en el pH desvían la curva a la rante el ejercicio, ya que la temperatura se eleva en los tejidos
derecha (fig. 36-3). Cuando la curva se desvía en tal dirección, activos y se acumulan dióxido de carbono y metabolitos, lo cual
se requiere una Po2 mayor para que la hemoglobina se una con reduce el pH. Además, se elimina mucho más oxígeno de cada
una cantidad determinada de oxígeno. Por el contrario, un des- unidad de sangre que fluye por los tejidos activos porque la Po2
censo en la temperatura o el aumento del pH orienta la curva a hística disminuye. Por último, con valores bajos de Po2, la curva
la izquierda, y se necesita una menor Po2 para que se una con de disociación oxígeno-hemoglobina tiene una pendiente mar-
una cifra determinada de oxígeno. Un índice conveniente para la cada y se liberan grandes cantidades de oxígeno por unidad de
comparación de estas desviaciones es la P50, que es la Po2 en la cual decremento en la Po2. En el recuadro clínico 36-1, se describen
la mitad de la hemoglobina está saturada con oxígeno. Mientras algunas características clínicas de la hemoglobina.
más alto sea el valor de P50, menor es la afinidad de la hemoglo-
bina por este gas. MIOGLOBINA

El descenso en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno La mioglobina es un pigmento que contiene hierro y se encuen-
cuando el pH sanguíneo cae se llama efecto de Bohr y tiene una tra en el músculo esquelético. Se parece a la hemoglobina, pero
relación estrecha con que la hemoglobina desoxigenada (desoxi- se une con una molécula de oxígeno, en lugar de cuatro, por
hemoglobina) se una con hidrogeniones (H+) de manera más mola. Su curva de disociación es una hipérbola rectangular, no
activa que la hemoglobina oxigenada (oxihemoglobina). El pH una curva sigmoide. Como su curva se halla a la izquierda de la
sanguíneo se reduce rápidamente conforme aumenta su conte- curva de la hemoglobina (fig. 36-5), capta oxígeno de la hemo-
nido de dióxido de carbono; por ello, cuando la Pco2 se eleva, globina en la sangre. Sólo libera oxígeno con valores bajos de
la curva se desvía a la derecha y la P50 se incrementa. La mayor Po2, pero la Po2 de los músculos en actividad es cercana a cero.
parte de la desaturación de la hemoglobina presente en los teji- El contenido de mioglobina es mayor en músculos especializa-
dos es consecutiva al descenso en la Po2, pero una desaturación dos para la contracción sostenida. El aporte sanguíneo muscular
adicional de 1 a 2% se debe al aumento en la Pco2 y la desviación se comprime durante estas contracciones, y la mioglobina puede
consecuente de la curva de disociación a la derecha. aportar oxígeno cuando el flujo sanguíneo se suspende.

100 38° 100 7.6 [HCO3–]
10° 43° 80 7.4 7.2 0.0301 PCO2
60 Efecto del pH
80 20° pH = 6.10 + log

60

40 40 pH en sangre arterial ≅ 7.40
pH en sangre venosa ≅ 7.36

20 Efecto de la temperatura 20

0 20 40 60 80 0 20 40 60 80

FIGURA 363 Efectos de la temperatura y el pH en la curva de disociación oxígeno-hemoglobina. Ambos cambios en la temperatura (izquierda)

y el pH (derecha), alteran la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. El pH plasmático puede calcularse con la ecuación de Henderson-Hasselbach modifi-
cada, como se muestra. HCO3–, bicarbonato. (Redibujada con autorización de Comroe JH Jr., et al: The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests, 2nd ed. Year Book, 1962.)

612 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

Glucosa-6-PO4 RECUADRO CLÍNICO 36-1
3-Fosfogliceraldehído
Hemoglobina y unión con oxígeno in vivo
1,3-Difosfoglicerato
Mutasa de 2,3-DPG Cianosis

COO– La hemoglobina reducida tiene color oscuro y aparece una co-
O loración azulada oscura en los tejidos, llamada cianosis, cuan-
do la concentración de hemoglobina reducida en sangre de los
Fosfoglicerato H+ + HC O P OH —— —— capilares es mayor de 5 g/100 ml. Su presencia depende de la
cinasa OH cantidad total de hemoglobina en la sangre, el grado de desatu-
ración de la hemoglobina y el estado de la circulación capilar. La
O cianosis es más visible en los lechos ungueales y las mucosas, así
como en los lóbulos de las orejas, los labios y los dedos, donde
H2C O P OH la piel es delgada.

OH Efectos del 2,3-difosfoglicerato en la sangre fetal
y almacenada
2,3-Difosfoglicerato
(2,3-DPG) La afinidad de la hemoglobina fetal (hemoglobina F) por el
oxígeno, la cual es mayor que la de la hemoglobina del adulto
Fosfatasa de 2,3-DPG (hemoglobina A), facilita el desplazamiento del oxígeno de la
madre al feto. La causa de esta mayor afinidad es la escasa unión
3-Fosfoglicerato del 2,3-difosfoglicerato con las cadenas polipeptídicas γ que
sustituyen a las cadenas β en la hemoglobina fetal. Algunas he-
Piruvato moglobinas anómalas en el adulto tienen valores bajos de P50, y
la elevada afinidad resultante de la hemoglobina por el oxígeno
FIGURA 364 Formación y catabolismo de 2,3-difosfoglicerato causa hipoxia hística suficiente para estimular el aumento en la
formación de eritrocitos, con la policitemia subsiguiente. Es in-
(2,3-DPG). Nótese que este último puede relacionarse con la vía de teresante especular que estas hemoglobinas tal vez no se unan
Embden-Meyerhoff (cap. 1). con el 2,3-difosfoglicerato.

TRANSPORTE DE DIÓXIDO La concentración eritrocítica de este último aumenta en la
DE CARBONO anemia y en diversas enfermedades en las cuales hay hipoxia cró-
nica. Esto facilita el aporte de oxígeno a los tejidos porque eleva la
DESTINO DEL DIÓXIDO DE CARBONO PO2, lo cual libera oxígeno en los capilares periféricos. En la sangre
EN SANGRE almacenada en los bancos, el valor de 2,3-difosfoglicerato dismi-
nuye y se reduce la habilidad de esta sangre para liberar el oxíge-
La solubilidad de este gas en la sangre es unas 20 veces mayor que no a los tejidos. Este descenso, que obviamente limita el beneficio
la del oxígeno; por tanto, existe mucho más dióxido de carbono de la sangre si se transfunde a un paciente hipóxico, es menor si
que oxígeno en solución simple con presiones parciales iguales. la sangre se almacena en solución de citrato-fosfato-glucosa, en
El CO2 que difunde a los eritrocitos se hidrata con rapidez para lugar de la solución usual de ácido-citrato-glucosa.
formar ácido carbónico (H2CO3) por la presencia de anhidrasa
carbónica. Este ácido se disocia en hidrogeniones y bicarbonato agregado a la sangre en los capilares sistémicos se transporta a
(HCO3–) y el hidrogenión se amortigua, sobre todo por la acción los pulmones como carbamino-dióxido de carbono.
de la hemoglobina, mientras el bicarbonato (HCO3–) ingresa al
plasma. Parte del dióxido de carbono en los eritrocitos reacciona DESPLAZAMIENTO DEL CLORO
con los grupos amino de la hemoglobina y otras proteínas (R), con
lo cual se forman compuestos carbamino: Como el contenido de bicarbonato en los eritrocitos es mucho
mayor que el del plasma cuando la sangre pasa por los capilares,
HH casi 70% del bicarbonato formado en los eritrocitos entra en el
plasma. El exceso de este último sale de los eritrocitos a cam-
CO2 + R—N ←→ R—N bio de cloruros (Cl–) (fig. 36-6). Este proceso está mediado por
el intercambiador aniónico 1 (AE1, antes llamado “banda 3”),
H COOH una proteína importante en la membrana de los eritrocitos. A
causa de este desplazamiento de cloro, el contenido de cloruros
Como la desoxihemoglobina se une con más hidrogeniones en los eritrocitos de la sangre venosa es mucho mayor compara-
en comparación con la oxihemoglobina (HbO2) y forma com- do con el de la sangre arterial. El desplazamiento de cloro ocurre
puestos carbamino con más facilidad, la unión de oxígeno con con rapidez, se completa en un segundo.
la hemoglobina reduce su afinidad por el dióxido de carbono
(efecto Haldane). Por consiguiente, la sangre venosa transporta Nótese que por cada molécula de dióxido de carbono agrega-
más dióxido de carbono que la arterial, la captación de este últi- da al eritrocito, aumenta una partícula con actividad osmótica
mo se facilita en los tejidos y la liberación del mismo también se
facilita en los pulmones. Cerca de 11% del dióxido de carbono

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 613

100Saturación de O2 (%) CUADRO 362 Destino del dióxido de carbono
sanguíneo
80 B
En plasma
60
A 1. Disuelto

40 2. Formación de compuestos carbamino con proteínas plasmáticas
A = hemoglobina
3. Hidratación, amortiguado con hidrogeniones, bicarbonato en
20 B = mioglobina plasma

0 40 80 120 En eritrocitos
PO2 (mmHg)
1. Disuelto
FIGURA 365 Curva de disociación de la hemoglobina y la
2. Formación de carbamino-hemoglobina
mioglobina. La curva de unión con mioglobina (B) carece de la forma
sigmoide de la curva de unión con hemoglobina (A) por el sitio único de 3. Hidratación, amortiguado con hidrogeniones, 70% del bicarbonato
unión con oxígeno que tiene cada molécula. La mioglobina también po- ingresa al plasma
see mayor afinidad por el oxígeno (O2) que la hemoglobina (curva des-
viada a la izquierda); por ello, puede almacenar oxígeno en el músculo. 4. El cloruro ingresa a las células, aumentan los miliosmoles en las
células

dentro de esta célula, ya sea bicarbonato o cloruro (fig. 36-6). forman compuestos carbamino y 2.5 ml constituyen bicarbona-
Por consiguiente, los eritrocitos captan agua y su tamaño se in- to. El pH sanguíneo cae de 7.40 a 7.36. En los pulmones, el pro-
crementa. Por esta razón, además de que una pequeña cantidad ceso se invierte y los 3.7 ml de dióxido de carbono se descargan
de líquido en la sangre arterial regresa por los vasos linfáticos y a los alvéolos. De esta manera, 200 ml de dióxido de carbono
no por las venas, el hematócrito normal de la sangre venosa es por minuto en reposo y cantidades mucho mayores durante el
3% mayor en comparación con el de la sangre arterial. En pul- ejercicio se transportan desde los tejidos a los pulmones y se ex-
mones, el cloruro sale de las células conforme éstas se encogen. cretan. Vale la pena señalar que en 24 h, la cantidad de dióxido
de carbono equivale a más de 12 500 meq de iones hidrógeno.
RESUMEN DEL TRANSPORTE
EQUILIBRIO ACIDOBÁSICO
DE DIÓXIDO DE CARBONO Y TRANSPORTE DE GAS

Por conveniencia, los diversos destinos del dióxido de carbono La principal fuente de ácidos en la sangre en estados normales es
en el plasma y los eritrocitos se resumen en el cuadro 36-2. La el metabolismo celular. Gran parte del dióxido de carbono forma-
magnitud del aumento de la capacidad de la sangre para trans- do por el metabolismo de los tejidos se hidrata hasta H2CO3 y la
portar dióxido de carbono está indicada por la diferencia entre carga total de H+ de esta fuente es mayor de 12 500 meq/día. Sin
las líneas que representan el dióxido de carbono disuelto y el embargo, la mayor parte del dióxido de carbono se excreta en los
dióxido de carbono total en las curvas de disociación para este
compuesto que muestra la figura 36-7. 70
Sangre desoxigenada
De los casi 49 ml de dióxido de carbono por cada 100 ml de
sangre arterial (cuadro 36-1), 2.6 ml están disueltos, 2.6 ml se 60
encuentran en compuestos carbamino y 43.8 ml se hallan en el v
bicarbonato. En tejidos, se agregan 3.7 ml de dióxido de carbono
por cada 100 ml de sangre; 0.4 ml permanecen en solución, 0.8 ml 50 a
40

Sangre oxigenada
30

20
CO2 CI– Concentración de CO2 (ml/100 ml) 30
Concentración de CO (mmol/L) 25
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3– 20
H+ + Hb– 215
10

Anhidrasa

carbónica HHb 10 CO2 disuelto 5

FIGURA 366 Destino del dióxido de carbono (CO2) en el eri- 0 10 20 30 40 50 60 70

trocito. Cuando ingresa al eritrocito, el dióxido de carbono se hidrata PCO2 (mmHg)
pronto para formar ácido carbónico (H2CO3) por acción de la anhidrasa
carbónica. Este ácido se encuentra en equilibrio con los hidrogeniones FIGURA 367 Curvas de disociación del dióxido de carbono
(H+) y su base conjugada, bicarbonato (HCO3–). El hidrogenión puede
interactuar con la desoxihemoglobina, mientras el bicarbonato puede (CO2). El punto arterial (a) y el punto venoso (v) indican el contenido
transportarse fuera de la célula mediante AE1 (banda 3). En efecto, por total de dióxido de carbono que hay en sangre arterial y sangre venosa
cada molécula de dióxido de carbono que entra en el eritrocito, hay una en el ser humano normal en reposo. Nótese la baja cantidad de dicho
molécula adicional de bicarbonato o de cloruro (Cl–) en la célula. gas que se disuelve (trazo anaranjado) en comparación con el que pue-
de portarse por otros medios (cuadro 36-2). (Modificada con autorización de

Schmidt RF, Thews G [eds.]: Human Physiology. Springer, 1983.)

614 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

pulmones, y pequeñas cantidades de los hidrogeniones restantes mmol Hb
se excretan por los riñones. Las frutas son las principales fuentes c
dietéticas de álcalis. Contienen sales de sodio y potasio de ácidos +1.0
orgánicos débiles, y los aniones de estas sales se metabolizan hasta HbO2
dióxido de carbono, lo cual deja bicarbonato de sodio (NaHCO3) mmol de H+
y bicarbonato de potasio (KHCO3) en el organismo. Esta ingestión agregados
contribuye poco a los cambios de pH, una causa más frecuente a 1 mmol de +0.5
de alcalosis es la pérdida corporal de ácido originada por vómito HbO2 o Hb
del jugo gástrico rico en ácido clorhídrico. Por supuesto que esto
equivale a agregar álcalis al cuerpo. mmol de H+ 0 a b
7.60 7.70
eliminados 7.40 7.50
pH
de 1 mmol
de HbO2 –0.5
o Hb

AMORTIGUACIÓN EN LA SANGRE 7.30

Las variaciones de ácido y bases en la sangre están controladas FIGURA 368 Curvas de titulación para la hemoglobina. Se
por tres amortiguadores sanguíneos principales: 1) proteínas; 2)
hemoglobina y 3) el sistema ácido carbónico-bicarbonato. Las muestran las curvas individuales de titulación para hemoglobina desoxi-
proteínas plasmáticas son amortiguadores eficaces porque tan- genada (Hb) y hemoglobina oxigenada (HbO2). La flecha de a hasta c in-
to sus grupos carboxil libres como los amino libres se disocian: dica el número de milimoles de H que pueden agregarse sin cambio en el
pH. La flecha de a hasta b indica el cambio del pH con la desoxigenación.

RCOOH ←→ RCOO− + H+ La pK de este sistema en una solución ideal es bajo (cercano a
3), y la cantidad de ácido carbónico es pequeña y difícil de medir
pH = pK´RCOOH + log [RCOO−] en situaciones idóneas. Sin embargo, en el organismo dicho áci-
[RCOOH] do se encuentra en equilibrio con el dióxido de carbono:

RNH3+ ←→ RNH2 + H+

[RNH2 ] H2CO3 ←→ CO + H2O
[RNH3 +] 2
pH = pK´RNH3 + log

El segundo sistema amortiguador radica en la disociación de los Si pK cambia a pK' (constante de ionización aparente, la cual
grupos imidazol de los residuos de histidina en la hemoglobina: se distingue de la pK verdadera porque las condiciones de la so-
lución son inferiores a las ideales) y el [CO2] se sustituye por
[H2CO3], la pK' es de 6.1:

HH pH = 6.10 + log [HCO3−]
CC [CO2]

NH NH+ NH N La forma de esta ecuación con relevancia clínica es:
+ H+
←→ pH = 6.10 + log [HCO3−]
0.0301 PCO2
HC C HC C
Ya que la cantidad de dióxido de carbono disuelto es pro-
RR porcional a la presión parcial de este mismo y el coeficiente
de solubilidad del dióxido de carbono en mmol/L/mmHg es de
En el intervalo de pH 7.0-7.7, los grupos carboxil y amino libres 0.0301. La concentración de bicarbonato no puede medirse
de la hemoglobina contribuyen relativamente poco a su capacidad de manera directa, pero el pH y la Pco2 son sensibles de cuan-
amortiguadora. Sin embargo, la molécula de hemoglobina contie- tificarse con exactitud adecuada mediante electrodos de vidrio
ne 38 residuos de histidina y, con base en esto, más el hecho de que para pH y dióxido de carbono y, entonces, es posible calcular
la hemoglobina se encuentra en grandes cantidades, la hemoglobi- el [HCO3–].
na sanguínea tiene una capacidad amortiguadora seis veces mayor
que las proteínas plasmáticas. Además, la acción de la hemoglobi- La constante de ionización aparente de este sistema es baja
na es única porque los grupos imidazol de la desoxihemoglobina en relación con el pH sanguíneo, pero es uno de los sistemas
(Hb) se disocian menos en comparación con los de la oxihemo- amortiguadores más eficaces del cuerpo porque la cantidad de
globina, lo cual hace de la desoxihemoglobina un ácido más débil dióxido de carbono disuelto se controla con la respiración. La
y, por tanto, mejor amortiguador que la oxihemoglobina. Las cur- regulación adicional de la concentración plasmática de bicarbo-
vas de titulación para ambas se muestran en la figura 36-8. nato ocurre en los riñones. Cuando se agregan hidrogeniones a
la sangre, el bicarbonato disminuye conforme se forma más áci-
El tercer y principal sistema amortiguador en la sangre es el do carbónico. Si este último adicional no se convierte en dióxido
sistema ácido carbónico-bicarbonato: de carbono y agua (H2O), y el dióxido de carbono no se excreta
por los pulmones, la concentración de ácido carbónico aumen-
H2CO3 ←→ H+ + HCO3− taría. Cuando se agregan hidrogeniones suficientes para reducir
a la mitad el bicarbonato plasmático, el pH disminuye de 7.4 a
La ecuación de Henderson-Hasselbach para este sistema es: 6.0. Sin embargo, no sólo se elimina todo el ácido carbónico adi-
cional que se formó, el incremento de hidrogeniones también
pH = pK + log [HCO3−] estimula la respiración, por lo cual aparece un descenso en la
[H2 CO3 ]

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 615

25 Ácido agregado CUADRO 363 pH plasmático, bicarbonato (HCO3–)
y valores de PCO2 en varios trastornos típicos
20 del equilibrio acidobásicoa

meq/L 15 Plasma arterial
[HCO –]
HCO3– PCO2
3 10

5

0 Condición pH (meq/L) (mmHg) Causa

meq/L 5 Normal 7.40 24.1 40

[H CO ] 10 Acidosis 7.28 18.1 40 Ingestión de NH4Cl
23 5.0 23 Acidosis diabética

15 metabólica 6.96

[HCO3–] Proporción 20 Alcalosis 7.50 30.1 40 Ingestión de NaHCO3–
[H CO ] 49.8 58 Vómito prolongado
0.9 10 16 metabólica 7.56
23 6.0 7.1 7.3
Acidosis 7.34 25.0 48 Respiración de CO2
pH 7.4 respiratoria 7.34 33.5 64 al 7%

FIGURA 369 Amortiguación mediante el sistema ácido carbó- Enfisema

nico-bicarbonato (H2CO3-HCO3–) en la sangre. Las barras se trazaron Alcalosis 7.53 22.0 27 Hiperventilación
como si la amortiguación ocurriera en pasos separados en el tiempo (iz- respiratoria 7.48 18.7 26 voluntaria
Residir por 3 semanas a
quierda a derecha) para mostrar el efecto de la reacción inicial, la reducción 4 000 m de altitud

de ácido carbónico a su valor previo y su reducción adicional con el aumen- aEn los ejemplos de la acidosis diabética y vómito prolongado, hubo compensación

to en la ventilación. En este caso, la concentración de H2CO3 en realidad es respiratoria para la acidosis y alcalosis metabólicas primarias, y la PCO2 se desvió de
la concentración de dióxido de carbono disuelto; por esto, los valores en 40 mmHg. En los ejemplos de enfisema y gran altitud, ocurrió compensación renal para

miliequivalentes por litro (meq/L) para éste son arbitrarios. la acidosis y alcalosis respiratorias primarias y se generaron desviaciones del bicarbonato

Pco2; por ello, se elimina ácido carbónico adicional. Por tanto, plasmático normal mayores de las que serían de otra manera. NH4Cl, cloruro de amonio;
el pH sólo disminuye a 7.2 o 7.3 (fig. 36-9). NaHCO3–, bicarbonato de sódio; CO2, dióxido de carbono.

Hay dos factores adicionales que hacen del sistema de ácido nuevo equilibrio en un pH más bajo. Esto puede representarse
carbónico-bicarbonato un amortiguador biológico tan eficaz. en una gráfica de la concentración plasmática de bicarbonato en
Primero, la reacción CO2 + H2O H2CO3 es lenta en ambos comparación con el pH (fig. 36-10). El cambio de pH obser-
sentidos, a menos que esté presente la enzima anhidrasa car- vado con cualquier aumento de la Pco2 durante la acidosis
bónica. No se encuentra esta última en el plasma, pero es abun- respiratoria depende de la capacidad de amortiguación de la
dante en los eritrocitos. Segundo, la presencia de hemoglobina sangre. Los cambios iniciales mostrados en la figura 36-10 son
en la sangre aumenta la amortiguación del sistema porque se los que ocurren de manera independiente de cualquier meca-
une con los hidrogeniones libres generados con la hidratación nismo compensador; o sea, son los de la acidosis respiratoria
del dióxido de carbono y así es posible el movimiento del bicar- descompensada.
bonato al plasma.

ACIDOSIS Y ALCALOSIS ALCALOSIS RESPIRATORIA

El pH normal del plasma arterial es de 7.40 y el del plasma Cualquier decremento a corto plazo en la ventilación que dismi-
venoso un poco más bajo. Desde el punto de vista técnico, se nuya la Pco2 por debajo de la necesaria para el intercambio ade-
considera que hay un descenso del pH por debajo de lo normal cuado de dióxido de carbono (o sea, menor de 35 mmHg) causa
(acidosis) siempre que el pH sea inferior a 7.40, y que el pH alcalosis respiratoria. El decremento de dióxido de carbono
es alto (alcalosis) siempre que la cifra sea mayor de 7.40. En la desvía el equilibrio del sistema ácido carbónico-bicarbonato
práctica, existen variaciones de hasta 0.05 unidades de pH sin para disminuir de manera efectiva la concentración de hidroge-
efectos adversos. niones y aumentar el pH. Como en la acidosis respiratoria, los
cambios iniciales en el pH correspondientes a la alcalosis res-
Los trastornos acidobásicos se dividen en cuatro categorías: piratoria (fig. 36-10) ocurren de manera independiente a cual-
acidosis respiratoria, alcalosis respiratoria, acidosis metabólica quier mecanismo de compensación y, por tanto, se refieren a la
y alcalosis metabólica. Además, estos trastornos pueden surgir alcalosis respiratoria decompensada.
combinados. En el cuadro 36-3, se presentan algunos ejemplos
de los trastornos acidobásicos.

ACIDOSIS RESPIRATORIA ACIDOSIS Y ALCALOSIS METABÓLICAS

Cualquier pequeño incremento de la Pco2 arterial (por arriba Los cambios en el pH sanguíneo también pueden ser resulta-
de 40 mmHg) por disminución ventilatoria causa acidosis res- do de un mecanismo no respiratorio. La acidosis metabólica (o
piratoria. El dióxido de carbono retenido está en equilibrio con acidosis no respiratoria) aparece cuando se agregan ácidos fuer-
el ácido carbónico, el cual a su vez se equilibra con bicarbona- tes a la sangre. Por ejemplo, si se ingiere gran cantidad de ácido
to; por ello, el bicarbonato plasmático se eleva y se alcanza un (p. ej., sobredosis de aspirina), los ácidos de la sangre aumentan

616 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

Sangre arterial [H+] (nmol/L) 34 Alcalosis Alcalosis

100 90 80 70 60 50 40 35 30 25 20 32 metabólica metabólica
60 120 100 90 80 70 60 50 40 compensada, descompensada,
HCO3– plasmático (meq/L)
56 30 PCO2 48 mmHg PCO2

Plasma arterial [HCO3–] (meq/L) 52 Alcalosis 35 28 40 mmHg
meta- 30
48 bólica 26 40 mmHg
25
44 Acidosis 24 Normal
respiratoria Acidosis
40 CO
crónica 22 metabólica 2
36 Acidosis
32 respiratoria P
20 descompensada,
aguda Alcalosis 20 PCO2
28 Normal respiratoria 18 40 mmHg

24 aguda 16
Acidosis
20 15
14 metabólica
16 Alcalosis 10 12 compensada,
Acidosis respiratoria PCO2 (mmHg) 10 PCO2 21 mmHg

12 metabólica crónica 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6
8
4 pH

0 7.70 7.80
7.00 7.10 7.20 7.30 7.40 7.50 7.60

pH de sangre arterial

FIGURA 3610 Nomograma de ácido-base. Se muestran los FIGURA 3611 Trayectos acidobásicos durante la acidosis me-

cambios en la PCO2 (líneas curvas), el bicarbonato (HCO3–) plasmático y tabólica. Se grafican los cambios en el pH plasmático verdadero, bicar-
el pH (concentración de hidrogeniones [H+]) de la sangre arterial en la bonato y PCO2 en reposo; durante la acidosis y la alcalosis metabólicas y
acidosis y la alcalosis respiratorias y metabólicas. Nótense los cambios después de la compensación respiratoria. La acidosis o la alcalosis meta-
en el bicarbonato y el pH conforme se compensan la acidosis y la alca- bólicas generan cambios en el pH sobre la línea isobárica de la PCO2. La
losis respiratorias agudas, lo cual origina sus contrapartes crónicas. (Con compensación respiratoria mueve el pH hacia la normalidad mediante
alteración de la PCO2. (Ésta se llama diagrama de Davenport y se basa en Davenport
autorización de Cogan MG, Rector FC Jr.: Acid-base disorders. En: The Kidney, 4th ed.
WH: The ABC of Acid-Base Chemistry, 6th ed. University of Chicago Press, 1974.)
Brenner BM, Rector FC Jr. [eds.]. Saunders, 1991.).

con rapidez, lo cual disminuye los amortiguadores hemoglobi- metabólica, se induce la compensación respiratoria y el pH se
na, proteína y bicarbonato disponibles. El ácido carbónico que protege contra las amplias desviaciones mostradas.
se forma, se convierte en agua y dióxido de carbono, y éste se ex-
creta pronto por vía pulmonar. Ésta es la situación en la acidosis Para la compensación completa de la acidosis-alcalosis res-
metabólica descompensada (fig. 36-10). Nótese que en contras- piratoria o metabólica, se fomentan los mecanismos de amor-
te con la acidosis respiratoria, la Pco2 no cambia y la variación tiguación renales. Los riñones responden a la acidosis median-
hacia la acidosis metabólica ocurre a lo largo de la línea isobárica te la secreción activa de ácidos fijos al tiempo que retienen el
(fig. 36-11). Cuando la concentración de hidrogeniones libres bicarbonato filtrado. En contraste, los riñones reaccionan a la
cae a causa de la adición de álcali o, más a menudo, por elimina- alcalosis con decremento de la secreción de hidrogeniones y de
ción de grandes cantidades de ácido (p. ej., después del vómito), la retención del bicarbonato filtrado.
se produce alcalosis metabólica. En la alcalosis metabólica des-
compensada, el pH aumenta a lo largo de la línea isobárica (figs. Las células del túbulo renal tienen anhidrasa carbónica ac-
36-10 y 36-11). tiva, por lo cual pueden generar hidrogeniones y bicarbonato a
partir de dióxido de carbono. Como respuesta a la acidosis, estas
COMPENSACIONES células secretan hidrogeniones hacia el líquido tubular a cam-
bio de sodio, mientras absorben de manera activa el bicarbonato
RESPIRATORIA Y RENAL hacia el capilar peritubular; por cada hidrogenión secretado, se
agregan una molécula de ion sodio y una de bicarbonato a la
Como se describió antes, la acidosis y la alcalosis descompensa- sangre. El resultado de esta compensación renal de la acidosis
das se ven pocas veces a causa de los sistemas de compensación. respiratoria se muestra de manera gráfica en el cambio de acido-
Dos de éstos son muy importantes y corresponden a la compen- sis respiratoria aguda a crónica en la figura 36-10.
sación respiratoria y la compensación renal.
Por el contrario, en la reacción a la alcalosis los riñones dis-
El sistema respiratorio compensa la acidosis o la alcalosis minuyen la secreción de hidrogeniones y deprimen la reabsor-
metabólicas mediante la modificación ventilatoria y, por con- ción de bicarbonato. Los riñones tienden a reabsorber este últi-
siguiente, la Pco2 cambia de modo directo el pH sanguíneo. mo hasta que el valor plasmático es mayor de 26 a 28 meq/L (lo
Los mecanismos respiratorios tienden a ser rápidos. Como res- normal es 24 meq/L). Por arriba de este umbral, el bicarbonato
puesta a la acidosis metabólica, la ventilación se incrementa; aparece en la orina. El resultado de esta compensación renal
esto disminuye la Pco2 (p. ej., de 40 a 20 mmHg), con aumento ante la alcalosis respiratoria se muestra de manera gráfica en la
subsiguiente en el pH hacia la normalidad (fig. 36-11). Como desviación de la alcalosis respiratoria aguda a la crónica en la fi-
respuesta a la alcalosis metabólica, se reduce la ventilación, la gura 36-10. Las valoraciones clínicas del estado acidobásico se
Pco2 se incrementa y hay un descenso consecuente en el pH. describen en el recuadro clínico 36-2.
Como la compensación respiratoria es una respuesta rápida, la
representación gráfica en la figura 36-11 subraya el ajuste del pH HIPOXIA
sanguíneo en dos pasos. En realidad, en cuanto inicia la acidosis
La hipoxia es la deficiencia de oxígeno en los tejidos. Es un tér-
mino más correcto que anoxia, ya que rara vez hay ausencia
completa de oxígeno en aquéllos.

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 617

RECUADRO CLÍNICO 36-2 RECUADRO CLÍNICO 36-3

Valoración clínica del estado acidobásico Efectos de la hipoxia en las células
y algunos tejidos
En la valoración de trastornos en el equilibrio acidobásico, es
importante conocer el pH y el contenido de bicarbonato en el Efectos en las células
plasma arterial. Son factibles las mediciones confiables de pH
con un medidor de pH y un electrodo de vidrio para pH. Si se La hipoxia induce la producción de factores de transcripción
usa el pH y una medición directa de la PCO2 con un electrodo (factores inducibles por hipoxia [HIF]). Están conformados
para dióxido de carbono, es posible calcular la concentración de por subunidades α y β. En tejidos con oxigenación normal, las
bicarbonato. La PCO2 es 7 a 8 mmHg mayor y el pH es de 0.03 a subunidades α se unen rápidamente a ubiquitina y se destru-
0.04 unidades más bajo en el plasma venoso comparado con el yen. Sin embargo, en las células hipóxicas las subunidades α se
arterial porque la sangre venosa contiene el dióxido de carbo- dimerizan con las subunidades β y los dímeros activan los genes
no que se transporta de los tejidos a los pulmones. Por tanto, la que producen factores angiógenos y eritropoyetina.
concentración calculada de bicarbonato es casi 2 mmol/L ma-
yor. Sin embargo, si se mantiene esto presente, la sangre venosa Efectos en el cerebro
de flujo libre puede sustituirse por sangre arterial en la mayoría de
las situaciones clínicas. En la hipoxia hipóxica y otras presentaciones generalizadas de
hipoxia, el cerebro se afecta primero. Un descenso súbito en la
Una medición que posee algún valor en el diagnóstico di- PO2 inspirada a menos de 20 mmHg, que ocurre por ejemplo
ferencial de la acidosis metabólica es la brecha aniónica. Esta cuando se pierde de pronto la presión en la cabina de un avión
brecha, que es un término más bien erróneo, se refiere a la dife- que vuela a más de 16 000 m, genera estado de inconsciencia en
rencia entre la concentración de cationes distintos al ion sodio y 10 a 20 s y muerte en 4 a 5 min. La hipoxia menos grave causa
la concentración de aniones distintos al cloruro y al bicarbonato diversas alteraciones mentales, parecidas a las producidas por
en plasma. En su mayor parte, aquélla consiste en proteínas en el alcohol: alteración del juicio, somnolencia, amortiguación de
su forma aniónica, fosfato dibásico (HPO42–), sulfato (SO42–) y áci- la sensibilidad al dolor, excitación, desorientación, pérdida de la
dos orgánicos; el valor normal es 12 meq/L. Éste aumenta cuan- noción del tiempo y cefalea. Otros síntomas incluyen anorexia,
do disminuye la concentración plasmática de iones potasio (K+), náusea, vómito, taquicardia y, cuando la hipoxia es grave, hiper-
calcio (Ca2+) o magnesio (Mg2+); si la concentración o la carga tensión. La frecuencia respiratoria se incrementa en proporción
de las proteínas plasmáticas se incrementan, o cuando se acu- a la gravedad de la hipoxia en las células del quimiorreceptor
mulan en la sangre aniones orgánicos, como lactato o aniones carotídeo.
extraños. Dicho valor se reduce cuando aumentan los cationes
o si la albúmina plasmática disminuye. La brecha aniónica se Estimulación respiratoria
incrementa en la acidosis metabólica por cetoacidosis, acidosis
láctica y otras modalidades de acidosis en las cuales aumentan Por definición, la disnea es la respiración difícil o laboriosa en la
los aniones orgánicos. cual el sujeto está consciente de la falta de aliento; la hiperpnea
es un término general para referirse al aumento de la frecuencia
De modo habitual, la hipoxia se divide en cuatro tipos. Se respiratoria, sin importar las sensaciones subjetivas del sujeto.
han usado muchas otras clasificaciones, pero dicha división La taquipnea es la respiración rápida y superficial. En general,
todavía tiene utilidad considerable si se mantienen presentes un individuo normal no está consciente de la respiración hasta
las definiciones de los términos. Las cuatro categorías son: 1) que la ventilación se duplica, y la respiración no es incómoda
hipoxia hipóxica, en la cual disminuye la Po2 de la sangre arte- hasta que la ventilación aumenta al triple o cuádruple. El que
rial; 2) hipoxia anémica, donde la Po2 es normal, pero la canti- cierto grado de ventilación sea o no incómodo también parece
dad de hemoglobina disponible para transportar el oxígeno es depender de varios factores más. La hipercapnia y, en menor
baja; 3) hipoxia isquémica o por estancamiento, en la cual el medida, la hipoxia causan disnea. Un factor adicional es el es-
flujo sanguíneo a un tejido es tan bajo que no llega suficiente fuerzo implicado en el desplazamiento del aire dentro y fuera de
oxígeno, a pesar de la Po2 y la concentración de hemoglobina los pulmones (el trabajo respiratorio).
normales, y 4) hipoxia histotóxica, en la que la cantidad de
oxígeno que llega al tejido es adecuada, pero por la acción de la neumonía y diversas enfermedades más del sistema respira-
un agente tóxico, las células del tejido no pueden utilizar el torio.
oxígeno que les llega. En el recuadro clínico 36-3, se presen-
tan algunos efectos específicos de la hipoxia en las células y los EFECTOS DE LA DISMINUCIÓN
tejidos. DE LA PRESIÓN BAROMÉTRICA

HIPOXIA HIPÓXICA La composición del aire es la misma, pero la presión barométri-
ca total se reduce conforme aumenta la altitud (fig. 36-12). Por
Por definición, la hipoxia hipóxica es un trastorno por descenso tanto, la Po2 también disminuye. A 3 000 m (10 000 pies) sobre
de la Po2 arterial. Ella constituye un problema en las personas el nivel del mar, la Po2 alveolar es cercana a 60 mmHg y existe
normales a grandes altitudes; también es una complicación de una estimulación hipóxica suficiente de los quimiorreceptores

618 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

0 Altitud (m)
760 3 000 6 000 9 000 12 000 15 000 18 000 21 000

720

680

640 Asentamientos humanos
permanentes más altos

600 (5 500 m) Pérdida del estado de conciencia

Presión (mmHg) si se respira aire sin aclimatación
320

Cima del Monte Everest
280 (8 854 m)

240 N2 PO2 alveolar 100 mmHg
(10 400 m)
200 PO2 alveolar 40 mmHg
(13 700 m)
160
Pérdida del estado de conciencia
120 O2 si se respira O2 al 100%
80
CO2 Los líquidos corporales
40 hierven a 37°C
H2O
0 (19 200 m)

Respirando aire Respirando O2 al 100% La vida es imposible
sin presurización

FIGURA 3612 Composición del aire alveolar en individuos que respiran aire (0-6 100 m) y oxígeno al 100% (6 100-13 700 m). La PO2

alveolar mínima que un sujeto no aclimatado puede tolerar sin perder el estado de conciencia es de 35 a 40 mmHg. Nótese que conforme aumenta
la altitud, la PCO2 alveolar disminuye por la hiperventilación consecutiva a la estimulación hipóxica de los quimiorreceptores carotídeos y aórticos. El
descenso en la presión barométrica con el aumento de altitud no es lineal, ya que es compresible.

para inducir un incremento definitivo en la ventilación. Con- ventilación causado por el descenso de la Po2 alveolar reduce un
forme se asciende más, la Po2 alveolar disminuye con menor poco la Pco2 alveolar, pero la Po2 máxima que puede obtenerse
rapidez y la Pco2 se reduce un poco por la hiperventilación. El cuando se respira oxígeno al 100% con la presión barométrica
decremento consecuente en la Pco2 arterial origina alcalosis ambiental de 100 mmHg a 13 700 m es cercana a 40 mmHg. A
respiratoria. los 14 000 m, se pierde el estado de conciencia aunque se pro-
porcione oxígeno al 100%. A 19 200 m la presión barométrica es
SÍNTOMAS HIPÓXICOS CUANDO de 47 mmHg y con esa presión o una inferior, los líquidos cor-
SE RESPIRA AIRE porales hierven a temperatura corporal. Sin embargo, el asunto
es académico porque cualquier individuo expuesto a una pre-
Varios mecanismos de compensación operan algún tiempo para sión tan baja estaría muerto por hipoxia antes que las burbujas
aumentar la tolerancia a la altitud (aclimatación), pero en suje- de vapor pudieran causar la muerte.
tos no aclimatados, los síntomas mentales, como irritabilidad,
aparecen cerca de los 3 700 m. A 5 500 m, los síntomas hipóxicos Por supuesto que puede crearse una atmósfera artificial al-
son graves y a una altitud mayor de 6 100 m (20 000 pies) casi rededor de un individuo; en una sala o una cabina presurizada
siempre se pierde el estado de conciencia. con oxígeno y un sistema para eliminar el dióxido de carbono,
es posible ascender a cualquier altitud y vivir en el vacío del es-
pacio interplanetario. En el recuadro clínico 36-4, se describen
algunos efectos tardíos de las grandes altitudes.

SÍNTOMAS HIPÓXICOS CUANDO ACLIMATACIÓN
SE RESPIRA OXÍGENO
La aclimatación a la altura se debe a la operación de varios me-
La presión atmosférica total se convierte en un factor limi- canismos compensadores. La alcalosis respiratoria generada por
tante en la tolerancia a la altitud cuando se respira oxígeno al la hiperventilación desplaza la curva de disociación de oxígeno-
100%. hemoglobina a la izquierda, pero un aumento concomitante en
el 2,3-difosfoglicerato eritrocítico tiende a disminuir la afinidad
La presión parcial del vapor de agua en el aire alveolar es de la hemoglobina por el oxígeno. El efecto neto es un pequeño
constante en 47 mmHg y la de dióxido de carbono normal co- incremento en la P50. El descenso de la afinidad por el oxígeno,
rresponde a 40 mmHg; por esto, la presión barométrica más hace a éste más disponible para los tejidos. Sin embargo, el valor
baja a la cual es posible obtener una Po2 alveolar normal de 100 del aumento en la P50 es limitado porque cuando la Po2 arterial
mmHg es de 187 mmHg, la que existe a una altura cercana a se reduce mucho, la disminución de la afinidad por el oxígeno
10 400 m (34 000 pies). A una mayor altitud, el aumento de la

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 619

RECUADRO CLÍNICO 36-4 50

Efectos tardíos de la gran altitud •VE/ •VO2, ml min–1/ml min–1 40

Muchos individuos cuando llegan a un sitio a gran altitud pre- 30 4 días de aclimatación
sentan “mal de montaña” transitorio. Este síndrome aparece 8 Exposición aguda
a 24 h después del arribo y dura cuatro a ocho días. Se caracte-
riza por cefalea, irritabilidad, insomnio, disnea, náusea y vómi- 20
to. Se desconoce su causa, pero parece vincularse con edema
cerebral. La PO2 baja de las grandes altitudes causa dilatación 0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000
arteriolar y si la autorregulación cerebral no compensa, hay un Altitud (m)
aumento en la presión capilar que favorece la elevación de la
trasudación de líquido hacia el tejido cerebral. Las personas FIGURA 3613 Efecto de la. a.climatación en la respuesta
que no desarrollan mal de montaña mantienen la diuresis a
gran altitud, y el volumen urinario disminuye en aquellos que ventilatoria a varias altitudes. VEVO2 es el equivalente vent.ilatorio, es
generan el trastorno. decir, la proporción. entre el volumen espirado por minuto (VE) y el con-
sumo de oxígeno (VO2). (Con autorización de Lenfant C, Sullivan K: Adaptation to
La enfermedad por gran altitud incluye no sólo el mal de
montaña, también dos síndromes graves más que lo complican: high altitude. N Engl J Med 1971;284:1298.)
edema cerebral por gran altitud y edema pulmonar por gran
altitud. En el primero, la fuga capilar del mal de montaña pro- para que se reduzca hasta el valor inicial. Junto con este declive,
gresa a edema cerebral evidente con ataxia, desorientación y, hay una desensibilización gradual a los efectos estimulantes de
en algunos casos, con coma y muerte por hernia encefálica a tra- la hipoxia.
vés de la tienda del cerebelo. El edema pulmonar de gran altitud
es el edema “en parches” en los pulmones, el cual se acompaña La secreción de eritropoyetina aumenta pronto cuando se
de hipertensión pulmonar marcada que aparece a grandes al- asciende a una gran altitud y luego disminuye un poco en los
titudes. Se argumenta que ocurre porque no todas las arterias cuatro días siguientes, conforme la respuesta ventilatoria se
pulmonares tienen músculo liso suficiente para constreñirse en incrementa y la Po2 arterial se eleva. El incremento en los eri-
respuesta a la hipoxia, y en los capilares alimentados por esas trocitos circulantes estimulado por la eritropoyetina inicia en
arterias el aumento general en la presión arterial pulmonar in- dos a tres días y se sostiene mientras el sujeto permanezca a
duce elevación de la presión capilar que rompe las paredes de gran altitud.
aquéllos (falla de tensión).
También se observan cambios compensadores en los teji-
Todas las modalidades de enfermedad por gran altitud se dos. Aumenta la cantidad de mitocondrias, las cuales cons-
benefician con el descenso a una menor altitud y con la adminis- tituyen el sitio de las reacciones oxidativas; la mioglobina se
tración del diurético acetazolamida. Este fármaco inhibe la anhi- incrementa, lo cual facilita el desplazamiento de oxígeno a los
drasa carbónica, lo cual aumenta la excreción de bicarbonato en tejidos. El contenido hístico de citocromo oxidasa también se
la orina; esto estimula la respiración, aumenta la PaCO2 y reduce eleva.
la formación de líquido cefalorraquídeo. Cuando el edema cere-
bral es marcado, a menudo se proporcionan también grandes La eficacia del proceso de aclimatación se comprueba por la
dosis de glucocorticoides. El mecanismo de acción de éstos se presencia de asentamientos humanos permanentes en los An-
desconoce. En el edema pulmonar por gran altitud, es esencial des y la cordillera del Himalaya, a alturas superiores a 5 500 m
la atención expedita con oxígeno y, si está disponible, una cá- (18 000 pies). Los nativos de esas villas tienen tórax en tonel
mara hiperbárica. Ahora existen cámaras hiperbáricas portátiles y policitemia marcada. Sus valores de Po2 alveolar son bajos,
en varias áreas de la montaña. También es útil la nifedipina, un pero en casi todos los demás aspectos, son notablemente nor-
bloqueador de los conductos de calcio que disminuye la presión males.
arterial pulmonar.
ENFERMEDADES QUE CAUSAN
también interfiere con la captación de éste por la hemoglobina
en los pulmones. HIPOXIA HIPÓXICA

La respuesta ventilatoria inicial al aumento de altitud es re- La hipoxia hipóxica es la presentación observada más a menu-
lativamente pequeña, ya que la alcalosis tiende a contrarrestar do en clínica. Las enfermedades que la causan pueden dividirse
el efecto estimulante de la hipoxia. Sin embargo, la ventilación en aquéllas con deficiencia del aparato de intercambio gaseo-
aumenta de forma constante en los cuatro días siguientes (fig. so; aquéllas, como la cardiopatía congénita en la cual se desvían
36-13) porque el transporte activo de hidrogeniones al líquido grandes cantidades de sangre del lado venoso de la circulación
cefalorraquídeo (LCR) o tal vez debido a la aparición de acidosis al arterial, y aquéllas donde falla la bomba respiratoria. La insu-
láctica en el cerebro inducen un descenso en el pH del líquido ficiencia pulmonar ocurre cuando trastornos, como la fibrosis
cefalorraquídeo que aumenta la respuesta a la hipoxia. Después pulmonar, originan bloqueo alveolocapilar, o cuando hay des-
de cuatro días, la reacción ventilatoria empieza a disminuir des- equilibrio entre ventilación y perfusión. La falla de la bomba se
pacio, pero se requieren años de residencia a grandes altitudes debe a la fatiga de los músculos respiratorios en trastornos en
los cuales aumenta el trabajo respiratorio o en caso de diversos

620 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

defectos mecánicos, como neumotórax u obstrucción bronquial normales la hemoglobina se halla casi saturada en los pulmo-
que limitan la ventilación. Asimismo, la falla de la bomba tal nes y una Po2 arterial más alta agrega sólo un poco más de oxí-
vez sea resultado de anomalías en los mecanismos nerviosos que geno a la hemoglobina del que ya transporta. Por consiguiente,
controlan la ventilación, como depresión de las neuronas respi- la sangre arterial no se satura. Por otro lado, el contenido de
ratorias en el bulbo raquídeo por morfina y otros fármacos. A dióxido de carbono en la sangre arterial casi siempre es normal
continuación se describen algunas causas específicas de la hi- en tales situaciones, ya que la pérdida adicional de dicho gas en
poxia hipóxica. las regiones demasiado ventiladas puede equilibrar la pérdida
menor en las áreas hipoventiladas.
DESEQUILIBRIO ENTRE
VENTILACIÓN Y PERFUSIÓN DERIVACIONES VENOARTERIALES

Tal desequilibrio pero “en parches” es, por mucho, la causa Cuando una anomalía cardiovascular, como una malforma-
más frecuente de hipoxia hipóxica en situaciones clínicas. En ción en el tabique interauricular permite que grandes canti-
enfermedades que impiden la ventilación de algunos alvéolos, dades de sangre venosa no oxigenada eviten el paso por los
la proporción entre ventilación y flujo sanguíneo en distintas capilares pulmonares y diluyan la sangre oxigenada en las ar-
partes de los pulmones determina la magnitud del declive en terias sistémicas (“derivación de derecha a izquierda”), lo cual
la Po2 arterial. Si hay perfusión en los alvéolos no ventilados, la origina hipoxia hipóxica crónica y cianosis (cardiopatía con-
parte del pulmón con flujo sanguíneo, pero sin ventilación, en génita cianótica). La utilización de oxígeno al 100% aumenta
realidad es una derivación de derecha a izquierda que vacía el contenido de oxígeno del aire alveolar y mejora la hipoxia
sangre no oxigenada al lado izquierdo del corazón. Son más debida a hipoventilación, difusión alterada o desequilibrio de
frecuentes los grados menores de desequilibrio en la ventila- ventilación-perfusión (menor a la perfusión de segmentos
ción-perfusión. En el ejemplo ilustrado en la figura 36-14, los sin ventilación alguna) porque aumenta la cantidad de oxíge-
alvéolos hipoventilados (B) tienen Po2 alveolar baja, mientras no en la sangre que sale de los pulmones. Sin embargo, en pa-
los alvéolos sobreventilados (A) tienen Po2 alveolar alta. Sin cientes con derivaciones venoarteriales y pulmones normales,
embargo, la falta de saturación de la hemoglobina en la sangre cualquier efecto provechoso del oxígeno al 100% es pequeño y
que proviene de B no se compensa del todo por la mayor sa- se debe sólo al aumento en la cantidad del oxígeno disuelto en
turación de la sangre proveniente de A, ya que en condiciones la sangre.

IDEAL . MV = 6.0 L DESCOMPENSADA . MV = 6.0 L
VA = 4.0 L VA = 4.0 L

Ventilación Flujo sanguíneo Ventilación Flujo sanguíneo
uniforme uniforme no uniforme no uniforme

Sangre venosa Sangre venosa
mixta mixta
(A + B) (A + B)

A BA B

Sangre Sangre
arterial arterial
(A + B) (A + B)

A B A+B A B A+B

Ventilación alveolar (L/min) 2.0 2.0 4.0 Ventilación alveolar (L/min) 3.2 0.8 4.0
2.5 5.0 2.5 5.0
Flujo sanguíneo pulmonar (L/min) 2.5 0.8 0.8 Flujo sanguíneo pulmonar (L/min) 2.5 0.3 0.8
75.0 75.0 75.0 75.0
Índice ventilación/flujo sanguíneo 0.8 97.4 97.4 Índice ventilación/flujo sanguíneo 1.3 91.7 95.0
40.0 40.0 40.0 40.0
Saturación venosa mixta de O2 (%) 75.0 104.0 104.0 Saturación venosa mixta de O (%) 75.0 66.0 106.0
104.0 104.0 2 66.0 84.0
Saturación arterial del O2 (%) 97.4 Saturación arterial del O2 (%) 98.2

Presión venosa mixta de O (mmHg) 40.0 Presión venosa mixta de O (mmHg) 40.0
2 2
Presión alveolar de O2 (mmHg) 104.0 Presión alveolar de O2 (mmHg) 116.0

Presión arterial de O2 (mmHg) 104.0 Presión arterial de O2 (mmHg) 116.0

FIGURA 3614 Comparación de las relaciones entre ventilación y flujo sanguíneo en los estados de salud y de en.fermedad. Izquierda:

relación “ideal” ventilación-flujo sanguíneo. Derecha: ventilación no uniforme y flujo sanguíneo uniforme, decompensado. VA, ventilación alveolar;
MV, volumen respiratorio por minuto. (Con autorización de Comroe JH Jr., et al: The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests, 2nd ed. Year Book, 1962.)

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 621

OTRAS MODALIDADES DE HIPOXIAContenido sanguíneo de sujeto anémico con 50% de la cantidad normal de oxihemoglo-
oxígeno (ml/100 ml) bina puede realizar un trabajo moderado, mientras un individuo
HIPOXIA ANÉMICA con reducción de oxihemoglobina al mismo nivel por la forma-
ción de carboxihemoglobina presenta una incapacidad grave.
La hipoxia causada por anemia no es tan grave en reposo, a me-
nos que la deficiencia de hemoglobina sea marcada, ya que el Debido a la afinidad del monóxido de carbono por la hemo-
2,3-difosfoglicerato de los eritrocitos aumenta. Sin embargo, los globina, la formación de carboxihemoglobina ocurre cuando la
pacientes anémicos pueden tener dificultad considerable duran- Pco alveolar es mayor de 0.4 mmHg. Sin embargo, la cantidad
te el ejercicio por la capacidad limitada para aumentar el aporte de carboxihemoglobina formada depende de la duración de la
de oxígeno a los tejidos activos (fig. 36-15). exposición al monóxido de carbono, de la concentración de éste
en el aire inspirado y de la ventilación alveolar.
INTOXICACIÓN
POR MONÓXIDO DE CARBONO El monóxido de carbono también es tóxico para los citocro-
mos de los tejidos, pero la cantidad de CO necesaria de dicho
En el organismo se forman pequeñas cantidades de monóxido compuesto para intoxicar los citocromos es 1 000 veces mayor
de carbono (CO) y es probable que este gas funcione como men- que la dosis letal; por tanto, la toxicidad hística no participa en
sajero químico en el cerebro y otros sitios; en mayores cantida- la intoxicación clínica por monóxido de carbono.
des, es tóxico. Fuera del cuerpo, este compuesto se forma por
la combustión incompleta del carbono. Los griegos y los roma- Los síntomas de intoxicación con este último son los de cual-
nos lo usaban para ejecutar criminales; hoy en día, genera más quier tipo de hipoxia, en especial cefalea y náusea, pero la esti-
muertes que cualquier otro gas. La intoxicación por monóxido mulación respiratoria es baja, ya que en la sangre arterial, la Po2
de carbono se ha vuelto menos frecuente en Estados Unidos desde permanece normal; por esto, los quimiorreceptores carotídeos y
que el gas natural, que no contiene monóxido de carbono, sus- aórticos no se estimulan. El color rojo cereza de la carboxihemo-
tituyó a los gases artificiales, como el de carbón, que contiene globina es visible en piel, lechos ungueales y mucosas. La muerte
grandes cantidades de este compuesto. Sin embargo, el escape se produce cuando cerca de 70 a 80% de la hemoglobina circu-
de las máquinas a gasolina contiene 6% o más de monóxido de lante se convierte en carboxihemoglobina. Los síntomas gene-
carbono. rados por la exposición crónica a concentraciones no letales de
monóxido de carbono son los del daño cerebral progresivo, los
Este último es tóxico pues reacciona con la hemoglobina para cuales incluyen cambios mentales y, a veces, un estado similar al
formar carboxihemoglobina (COHb), la cual no capta oxígeno parkinsonismo.
(fig. 36-15). La intoxicación por monóxido de carbono a me-
nudo se lista como una modalidad de hipoxia anémica porque El tratamiento de la intoxicación con monóxido de carbono
la cantidad de hemoglobina que puede transportar oxígeno está consiste en terminación inmediata de la exposición y con apoyo
reducida, pero el contenido total de hemoglobina en sangre ventilatorio adecuado, con respiración asistida en caso necesa-
no se modifica con el monóxido de carbono. La afinidad de la rio. Es preferible la ventilación con oxígeno a aquélla con aire
hemoglobina por este último es 210 veces mayor que su afini- fresco, ya que el oxígeno acelera la disociación de la carboxihe-
dad por oxígeno, y la carboxihemoglobina libera el monóxido moglobina. La oxigenación hiperbárica (véase más adelante) es
de carbono muy despacio. Una dificultad adicional es que en útil en esta situación.
presencia de carboxihemoglobina, la curva de disociación de la
oxihemoglobina (HbO2) restante se desvía a la izquierda, lo cual HIPOXIA POR HIPOPERFUSIÓN
disminuye la cantidad de oxígeno liberado. Por esta razón, un
La hipoxia por hipoperfusión, o hipoxia por estancamiento, se
Oxígeno + hemoglobina (14 g/100 ml) debe a la circulación lenta y es un problema en órganos, como
20 riñones y corazón, durante el choque. El hígado y tal vez el ce-
rebro se dañan con la hipoxia por hipoperfusión que hay en la
15 Oxígeno + hemoglobina (14 g/100 ml) insuficiencia cardiaca congestiva. El flujo sanguíneo pulmonar
con 50% de carboxihemoglobina normal es muy alto y es necesaria la hipotensión prolongada
para originar un daño significativo. No obstante, el colapso cir-
10 culatorio prolongado puede ocasionar síndrome de insuficien-
cia respiratoria aguda (ARDS).
5 Oxígeno + hemoglobina (7 g/100 ml)
HIPOXIA HISTOTÓXICA
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 La hipoxia originada por la inhibición de los procesos oxida-
Presión parcial de oxígeno (mmHg) tivos en los tejidos casi siempre es resultado de la intoxicación
por cianuro. El cianuro inhibe la oxidasa de citocromo y tal vez
FIGURA 3615 Efectos de la anemia y el monóxido de carbono otras enzimas. El tratamiento de dicha intoxicación incluye azul
de metileno o nitritos; éstos actúan mediante la formación de
(CO) en la unión de hemoglobina con oxígeno. Curva de disociación metahemoglobina, la cual luego reacciona con el cianuro para
normal de oxihemoglobina (hemoglobina, 14 g/100 ml) comparada formar cianometahemoglobina, un compuesto no tóxico. Por
con anemia (hemoglobina, 7 g/100 ml) y con las curvas de disociación supuesto, la intensidad del tratamiento con tales sustancias está
de oxihemoglobina en intoxicación con monóxido de carbono (50% de limitada por la cantidad de metahemoglobina que puede for-
carboxihemoglobina). Nótese que la curva de intoxicación con monóxido marse de manera segura. La oxigenación hiperbárica también
de carbono se desvía a la izquierda en caso de anemia. (Con autorización de es útil.

Leff AR, Schumacker PT: Respiratory Physiology: Basics and Applications. Saunders, 1993.)

622 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

RECUADRO CLÍNICO 36-5

Uso de oxígeno y su toxicidad potencial La velocidad a la cual surgen estos síntomas es proporcional a la
presión con la que se administra el oxígeno; por ejemplo, a cuatro
Resulta interesante que aunque el oxígeno es necesario para la atmósferas, los síntomas aparecen en 50% de los sujetos en 30
vida de los organismos aerobios, también es tóxico. De hecho, min, en tanto a seis atmósferas, se observan crisis convulsivas en
está demostrado que el oxígeno al 100% tiene efectos tóxicos, unos cuantos minutos.
no sólo en animales, sino también en bacterias, hongos, células
animales en cultivo y plantas. La toxicidad parece deberse a la ge- Por otro lado, la exposición a oxígeno al 100% a una presión
neración de especies reactivas de oxígeno, incluidos el anión su- de dos a tres atmósferas aumenta el oxígeno disuelto en la sangre
peróxido (O2–) y el peróxido de hidrógeno (H2O2). Cuando se pro- arterial hasta el punto que la presión arterial de oxígeno es mayor
porciona oxígeno al 80 a 100% en seres humanos por periodos de de 2 000 mmHg y, la de oxígeno en los tejidos, de 400 mmHg. Si
8 h o más, las vías respiratorias se irritan, lo cual causa molestia la exposición se limita a 5 h o menos con estas presiones, no hay
retroesternal, congestión nasal, irritación faríngea y tos. efectos tóxicos del oxígeno. Por tanto, el tratamiento con oxíge-
no hiperbárico en tanques cerrados se usa para tratar enferme-
Algunos lactantes tratados con oxígeno por síndrome de in- dades en las cuales no puede lograrse la mejoría en la oxigena-
suficiencia respiratoria generan un trastorno caracterizado por ción de los tejidos de otra manera. Su valor está demostrado en
quistes y densidades pulmonares (displasia broncopulmonar). la intoxicación por monóxido de carbono, lesión hística inducida
Este síndrome quizá sea una manifestación de la toxicidad del por radiación, gangrena gaseosa, anemia por pérdida sanguínea
oxígeno. Otra complicación en estos lactantes es la retinopatía muy grave, úlceras diabéticas en las piernas y otras heridas con
de la premadurez (fibroplasia retrolental), que es la formación cicatrización lenta, así como en el rescate de colgajos cutáneos
de tejido vascular opaco en los ojos que puede ocasionar altera- e injertos en los que la circulación es marginal. También es el
ciones visuales graves. Los receptores retinianos maduran desde tratamiento principal en la enfermedad por descompresión y la
el centro a la periferia de la retina y utilizan cantidades considera- embolia gaseosa.
bles de oxígeno. Esto hace que la retina se vascularice de manera
ordenada. El tratamiento con oxígeno antes que se complete la En pacientes hipercápnicos con insuficiencia pulmonar grave,
maduración, aporta el oxígeno necesario a los fotorreceptores y, el nivel de dióxido de carbono puede ser tan alto que deprime
por consiguiente, no se desarrolla el patrón vascular normal. La la respiración en lugar de estimularla. Algunos de estos sujetos
evidencia indica que este trastorno puede prevenirse o aminorar- sólo mantienen la respiración porque los quimiorreceptores caro-
se con la administración de vitamina E, la cual genera un efecto tídeos y aórticos impulsan el centro respiratorio. Si se retira el im-
antioxidante y, en animales, con inhibidores de la hormona del pulso hipóxico con el suministro de oxígeno, la respiración podría
crecimiento. detenerse. Durante la apnea resultante, la PO2 arterial disminuye,
pero tal vez la respiración no se reanude, ya que la PCO2 deprime
La utilización de oxígeno al 100% a una presión alta acelera el el centro respiratorio. Por consiguiente, en esta situación el trata-
inicio de la toxicidad por oxígeno, con la producción no sólo de miento con oxígeno debe iniciarse con cuidado.
irritación traqueobronquial, sino también de sacudidas muscula-
res, “campanilleo” en los oídos, mareo, crisis convulsivas y coma.

TRATAMIENTO DE LA HIPOXIA yores cantidades produce síntomas por depresión del sistema
CON OXÍGENO nervioso central: confusión, disminución de la agudeza sen-
sorial y, al final, coma, depresión respiratoria y muerte. En
La administración de mezclas gaseosas ricas en oxígeno tiene pacientes con estos síntomas, la Pco2 es muy elevada, existe
muy poco valor en la hipoxia por hipoperfusión, anémica o his- acidosis respiratoria grave y el bicarbonato plasmático podría
totóxica porque lo único que puede lograrse de este modo es ser mayor de 40 meq/L. Se excretan grandes cantidades de
más oxígeno disuelto en la sangre arterial. Esto también se aplica bicarbonato, pero es más lo que se reabsorbe, lo cual eleva
a la hipoxia hipóxica debida a desviación de sangre venosa el bicarbonato plasmático y compensa de manera parcial la
no oxigenada fuera de los pulmones. En otras modalidades de acidosis.
hipoxia hipóxica, el oxígeno es muy provechoso. Los regímenes
terapéuticos con concentración de oxígeno menor de 100% son El dióxido de carbono es tanto más soluble comparado con
valiosos en las etapas aguda y crónica, y la utilización de oxígeno el oxígeno, por lo cual la hipercapnia rara vez constituye un
de esta forma de O2 las 24 h del día durante dos años disminuye problema en pacientes con fibrosis pulmonar. Sin embargo,
significativamente la mortalidad por enfermedad pulmonar obs- ésta aparece en la desigualdad entre ventilación y perfusión, y
tructiva crónica. La toxicidad y las medidas terapéuticas con también cuando por cualquier razón la ventilación alveolar es
oxígeno se describen en el recuadro clínico 36-5. inadecuada en las diversas presentaciones de la falla de bom-
ba. Se exacerba cuando la producción de dióxido de carbono
HIPERCAPNIA E HIPOCAPNIA aumenta. Por ejemplo, en pacientes febriles hay incremento de
13% en la generación de dióxido de carbono por cada incre-
HIPERCAPNIA mento de 1°C en la temperatura, y el consumo elevado de car-
bohidratos aumenta la producción de dióxido de carbono por la
Al principio, la retención de dióxido de carbono en el cuerpo elevación del cociente respiratorio. En situaciones normales,
(hipercapnia) estimula la respiración. La retención de ma- la ventilación alveolar se incrementa y se espira el dióxido de
carbono adicional, pero se acumula cuando se afecta la venti-
lación.

CAPÍTULO 36 Transporte de gas y pH en los pulmones 623

HIPOCAPNIA nal son mucho más lentos e incluyen secreción de hidrogeniones o
reabsorción de bicarbonato.
La hipocapnia es resultado de la hiperventilación. Durante la ■ La hipoxia es la deficiencia de oxígeno en los tejidos; ella tiene fuer-
hiperventilación voluntaria, la Pco2 arterial cae de 40 hasta 15 tes consecuencias en los ámbitos celular, hístico y orgánico; puede
mmHg, mientras la Po2 se eleva hasta 120 o 140 mmHg. Los alterar los factores de transcripción celular y, por tanto, la expresión
efectos más duraderos de la hipocapnia se observan en pacientes de proteínas; es capaz de modificar con rapidez la función cerebral
neuróticos con hiperventilación crónica. El flujo sanguíneo ce- y generar síntomas similares a los del alcohol (p. ej., mareo, altera-
rebral debe reducirse 30% o más por el efecto constrictor directo ción de la función mental, somnolencia, cefalea), y quizás afecte la
de la hipocapnia en los vasos cerebrales. La isquemia cerebral ventilación. La hipoxia a largo plazo puede producir muertes celular
causa vahído, mareo y parestesias. La hipocapnia también au- e hística.
menta el gasto cardiaco. Tiene efecto constrictor directo en mu-
chos vasos periféricos, pero deprime el centro vasomotor, por lo PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE
que la presión sanguínea casi siempre permanece sin cambios o
sólo se incrementa un poco. Para todas las preguntas elija una sola respuesta, a menos que se indique
lo contrario.
Otras consecuencias de la hipocapnia se deben a la alcalosis
respiratoria relacionada, el pH sanguíneo aumenta a 7.5 o 7.6. 1. La mayor parte del dióxido de carbono transportado en la sangre
El nivel plasmático de bicarbonato es bajo, pero la reabsorción
de bicarbonato disminuye por la inhibición de la secreción de A) está disuelto en el plasma
ácido renal por la Pco2 baja. El nivel plasmático total de calcio B) se encuentra en compuestos carbamino formados a partir de
no cambia, pero el de Ca2+ iónico plasmático disminuye y las
personas con hipocapnia presentan espasmo carpopedal, signo las proteínas plasmáticas
de Chvostek y otros signos de tetania. C) se halla en compuestos carbamino formados a partir de hemo-

RESUMEN DEL CAPÍTULO globina
D) está unido con cloro
■ Las diferencias de la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbo- E) se encuentra en el bicarbonato
no en aire y en sangre dictan el flujo neto de oxígeno hacia la sangre
y de dióxido de carbono fuera de la sangre en el sistema pulmonar. 2. ¿Cuál de los siguientes tiene el mayor efecto en la propiedad de la
Sin embargo, este flujo se intensifica mucho por la propiedad de la sangre para transportar oxígeno?
hemoglobina para unirse con oxígeno y las reacciones químicas que
aumentan el dióxido de carbono en sangre (p. ej., anhidrasa carbó- A) capacidad de la sangre para disolver el oxígeno
nica). B) cantidad de hemoglobina en la sangre
C) el pH plasmático
■ La concentración de oxígeno en sangre depende de la cantidad D) contenido de dióxido de carbono de los eritrocitos
disuelta (menor) y la porción unida (mayor) con la hemoglobina. E) temperatura sanguínea
Cada molécula de hemoglobina contiene cuatro subunidades y cada
una puede unirse con oxígeno. La unión de la primera molécula de 3. ¿Cuál de las siguientes no es verdad acerca del sistema siguiente?
oxígeno con la hemoglobina aumenta la afinidad por la segunda CO2 + H2O 1 H2CO3 2 H+ + HCO3–
molécula de oxígeno y este patrón se continúa hasta que se fijan A) la reacción 1 está catalizada por la anhidrasa carbónica
cuatro moléculas de oxígeno. La unión de hemoglobina con oxíge- B) a causa de la reacción 2, el pH sanguíneo disminuye durante la
no también depende del pH, la temperatura y la concentración de pausa respiratoria
2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG). C) la reacción 1 ocurre en los riñones
D) la reacción 1 ocurre sobre todo en el plasma
■ El dióxido de carbono en sangre se convierte pronto en ácido car- E) las reacciones fluyen a la izquierda cuando hay exceso de hi-
bónico por la actividad de la anhidrasa carbónica. El dióxido de drogeniones en los tejidos
carbono también forma con facilidad compuestos carbamino con
las proteínas sanguíneas (incluida la hemoglobina). La pérdida neta 4. La acidosis respiratoria descompensada difiere de la acidosis meta-
rápida de dióxido de carbono permite que más de éste se disuelva bólica descompensada en que
en la sangre.
A) el cambio del pH plasmático siempre es mayor en la acidosis
■ El pH plasmático es de 7.4. El descenso en el pH plasmático se de- respiratoria descompensada que en la acidosis metabólica des-
nomina acidosis y el aumento se llama alcalosis. Los cambios de compensada
ácido y base en sangre están controlados por las proteínas, inclui-
da la hemoglobina, y sobre todo por el sistema amortiguador ácido B) no hay mecanismos de compensación para la acidosis respira-
carbónico-bicarbonato. Este sistema es eficaz porque el dióxido de toria, mientras que existe compensación para la acidosis meta-
carbono disuelto puede controlarse con la respiración. bólica

■ Un cambio pequeño en la Pco2 arterial debido a la disminución C) la acidosis respiratoria descompensada implica cambios en la
ventilatoria causa acidosis respiratoria. Un cambio breve en la Pco2 concentración de bicarbonato ([HCO3–]) plasmática, en tan-
a causa del aumento en la ventilación produce alcalosis respiratoria. to la dicha concentración no cambia en la acidosis metabólica
La acidosis metabólica aparece cuando se agregan ácidos fuertes a descompensada
la sangre, y la alcalosis metabólica surge cuando se agregan bases
fuertes (o si se pierden ácidos fuertes) de la sangre. D) la acidosis respiratoria descompensada se relaciona con un
cambio en la Pco2, mientras la acidosis metabólica descompen-
■ La compensación respiratoria de la acidosis o la alcalosis implica sada ocurre a lo largo de la línea isobárica de la Pco2
cambios respiratorios rápidos. Estos cambios modifican de manera
efectiva la Pco2 en el plasma. Los mecanismos de compensación re- 5. El aporte de oxígeno a los tejidos se reduciría en mayor medida en

A) un sujeto normal que respira oxígeno al 100% en la cima del
Monte Everest

B) una persona normal que corre un maratón al nivel del mar
C) un paciente con intoxicación por monóxido de carbono
D) un individuo que ingirió cianuro
E) un paciente con acidosis metabólica moderada

624 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

RECURSOS DEL CAPÍTULO Laffey JG, Kavanagh BP: Hypocapnia. N Engl J Med 2002;347:43.
Levitzky, MG: Pulmonary Physiology, 7th ed. McGraw-Hill, 2007.
Crystal RG, West JB (editors): The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed. Prisk GK, Paiva M, West JB (editors): Gravity and the Lung: Lessons
Raven Press, 1997.
from Micrography. Marcel Dekker, 2001.
Fishman AP, et al (editors): Fishman’s Pulmonary Diseases and Disor- Voelkel NF: High-altitude pulmonary edema. N Engl J Med 2002;
ders, 4th ed. McGraw-Hill, 2008.
346:1607.
Hackett PH, Roach RC: High-altitude illness. N Engl J Med West JB: Pulmonary Pathophysiology, 5th ed. McGraw-Hill, 1995.
2001;345:107.

Regulación CAPÍTULO
de la respiración
37

OBJETIVOS

Después de revisar este capítulo, el lector será capaz de:

■ Localizar el complejo pre-Bötzinger y describir su función en la producción de la respiración
espontánea.

■ Identificar la ubicación y las funciones probables de los grupos dorsal y ventral de las neuro-
nas respiratorias, el centro neumotorácico y el centro apnéusico en el tallo encefálico.

■ Listar las funciones respiratorias específicas de los nervios vagos y los receptores respirato-
rios en el cuerpo carotídeo, el cuerpo aórtico y la superficie ventral del bulbo raquídeo.

■ Describir y explicar las respuestas ventilatorias al aumento de las concentraciones de dióxi-
do de carbono (CO2) en el aire inspirado.

■ Describir y explicar las respuestas ventilatorias a las concentraciones bajas de oxígeno (O2)
en el aire inspirado.

■ Describir los efectos de cada uno de los factores no químicos que influyen en la respira-
ción.

■ Describir los efectos del ejercicio en la ventilación y el intercambio de oxígeno en los teji-
dos.

■ Definir la respiración periódica y explicar su ocurrencia en varios estados patológicos.

INTRODUCCIÓN del cerebro que producen la respiración están reguladas por mo-
dificaciones en la Po2, Pco2 y la concentración de hidrogeniones
La respiración espontánea surge por las descargas rítmicas de las (H+), y este control químico de la respiración está complemen-
neuronas motoras que inervan los músculos respiratorios. Esta tado por varias influencias no químicas. En este capítulo, se des-
descarga depende por completo de impulsos nerviosos del ce- criben las bases fisiológicas de estos fenómenos.
rebro; la respiración se detiene si la médula espinal se corta por
arriba del origen de los nervios frénicos. Las descargas rítmicas

CONTROL NERVIOSO espinal cervical y torácica que inervan los músculos respirato-
DE LA RESPIRACIÓN rios. Los de la médula cervical estimulan el diafragma mediante
los nervios frénicos y, los de la médula torácica, hacen lo propio
SISTEMAS DE CONTROL con los músculos intercostales externos. Sin embargo, los impul-
sos también llegan a la inervación de los músculos intercostales
Dos mecanismos nerviosos separados regulan la respiración. internos y otros músculos espiratorios.
Uno está encargado del control voluntario y, el otro, del auto-
mático. El sistema voluntario se halla en la corteza cerebral y Las neuronas motoras que llegan a los músculos espiratorios
envía impulsos a las neuronas motoras respiratorias mediante se inhiben cuando se activan las que inervan los músculos inspi-
los haces corticoespinales. El sistema automático está impulsado ratorios y viceversa. Aunque los reflejos espinales contribuyen a
por un grupo de células marcapaso en el bulbo raquídeo. Los tal inervación recíproca, ésta se debe sobre todo a la actividad
impulsos de estas células activan neuronas motoras en la médula de las vías descendentes. Los impulsos de dichas vías descenden-
tes excitan a los agonistas e inhiben a los antagonistas. La única
excepción a la inhibición recíproca es una ligera actividad en los

625

626 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

XII NA SISTEMAS BULBARES
5SP
•• Los principales componentes del generador del patrón de
IO control respiratorio encargados de la respiración automática
Pre-BOTC se localizan en el bulbo raquídeo. La respiración rítmica se
LRN inicia en un pequeño grupo de células marcapaso acopladas
mediante sinapsis en el complejo pre-Bötzinger (pre-BÖTC)
20 mV a ambos lados de la médula, entre el núcleo ambiguo y el nú-
cleo reticular lateral (fig. 37-1). Estas neuronas descargan de
–60 mV manera rítmica y generan descargas rítmicas en las neuronas
motoras frénicas, las cuales se abolen con la sección entre el
5s complejo pre-Bötzinger y estas neuronas motoras. Asimismo,
ellas establecen contacto con los núcleos hipoglosos, y la len-
FIGURA 371 Células marcapaso en el complejo pre-Bötzinger gua participa en la regulación de la resistencia de la vía respi-
ratoria.
(pre-BÖTC). Arriba: diagrama anatómico del pre-BÖTC de una rata
en etapa neonatal. Abajo: muestra del trazo de descargas rítmicas Las neuronas del complejo pre-Bötzinger producen des-
de las neuronas en el complejo pre-Bötzinger de un corte cerebral de cargas rítmicas en preparaciones de cortes cerebrales in vitro
rata neonatal. IO, oliva inferior; LRN, núcleo reticular lateral; NA, núcleo y, si las secciones sufren hipoxia, la descarga cambia a una
ambiguo; XII, núcleo del XII par craneal; 5SP, núcleo espinal del nervio relacionada con el jadeo. La adición de cadmio a estos cortes
trigémino. (Modificada de Feldman JC, Gray PA: Sighs and gasps in a dish. Nat Neu- cerebrales causa patrones ocasionales de descarga parecidos
a suspiros. Estas neuronas tienen receptores NK1 y opioides
rosci 2000;3:531.) μ e, in vivo, la sustancia P estimula la respiración, pero los
opioides la inhiben. La depresión respiratoria es un efecto co-
axones frénicos durante un periodo corto después de la inspira- lateral que limita el uso de los opioides en el tratamiento del
ción. En apariencia, la función de esta eferencia posinspiratoria dolor. Sin embargo, hoy se sabe que existen receptores 5HT4
es frenar la recuperación elástica de los pulmones y suavizar la en el complejo pre-Bötzinger, y el tratamiento con agonistas
respiración. 5HT4 bloquea el efecto inhibidor de los opioides en la respira-
ción en animales de experimentación, sin bloquear su efecto
analgésico.

Además, se conocen grupos dorsal y ventral de neuronas
respiratorias en el bulbo raquídeo (fig. 37-2). No obstante, las
lesiones de estas neuronas no suprimen la actividad respiratoria;
en apariencia, éstas se proyectan a las neuronas marcapaso pre-
Bötzinger.

A
IC NPBL

CP B
C
4° IX
vent.

VRG X
XI

XII

DRG

D

Vagos intactos Vagos cortados

FIGURA 372 Neuronas respiratorias en el tallo encefálico. Vista dorsal del tallo encefálico; se retiró el cerebelo. Se muestran los efectos de

varias lesiones y secciones del tallo encefálico; los trazos del espirómetro a la derecha indican la profundidad y la frecuencia respiratorias. Si se intro-
duce una lesión en D, la respiración cesa. Se muestran los efectos de cortes más altos, con y sin sección de nervios vagos (véase el texto para obtener
detalles). DRG, grupo dorsal de neuronas respiratorias; VRG, grupo ventral de neuronas respiratorias; NPBL, núcleo parabraquial (centro neumotáxi-
co); 4° vent., cuarto ventrículo; IC, colículo inferior; CP, pedúnculo cerebelar medio. Los números romanos identifican los pares craneales. (Modificada a

partir de Mitchell RA, Berger A: State of the art: Review of neural regulation of respiration. Am Rev Respir Dis 1975;111:206.)

CAPÍTULO 37 Regulación de la respiración 627

INFLUENCIAS PONTINASActividad aferente REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD
Y VAGALESvagal sumada RESPIRATORIA

Aunque la descarga rítmica de las neuronas bulbares encarga-Actividad eferenteUn incremento en la Pco2 o la concentración de hidrogeniones
das de la respiración es espontánea, se modifica por influenciafrénica sumadaen sangre arterial, o un descenso de la Po2 aumenta el grado de
de neuronas en la protuberancia y las aferentes del vago prove- actividad de las neuronas respiratorias en el bulbo raquídeo; los
nientes de receptores en las vías respiratorias y los pulmones. cambios en sentido contrario tienen efecto inhibidor. Los efec-
Un área conocida como centro neumotáxico en los núcleos pa- tos de las variaciones en la química sanguínea sobre la ventila-
rabraquial medial y de Kölliker-Fuse de la región dorsolateral ción están mediados por los quimiorreceptores respiratorios,
de la protuberancia contiene neuronas que se activan durante los cuerpos carotídeos y aórticos, así como los grupos de células
la inspiración y otras que lo hacen en el curso de la espiración. en el bulbo raquídeo y en otros sitios sensibles a los cambios en
Cuando esta área se daña, la respiración se vuelve más lenta y el la química sanguínea. Se inician los impulsos que estimulan el
volumen por latido aumenta; cuando los nervios vagos también centro respiratorio. A esto se superpone el control químico
se cortan en animales anestesiados, ocurren espasmos inspirato- de la respiración básico, otras aferentes aportan controles no
rios prolongados semejantes a la pausa respiratoria (apneusia; químicos que afectan la respiración en situaciones particulares
sección B, fig. 37-2). Se desconoce la función normal del centro (cuadro 37-1).
neumotáxico, pero tal vez participe en el cambio entre la inspi-
ración y la espiración. CONTROL QUÍMICO
DE LA RESPIRACIÓN
El estiramiento de los pulmones durante la inspiración ini-
cia impulsos en las fibras vagales pulmonares aferentes. Estos Los mecanismos reguladores químicos ajustan la ventilación de
impulsos inhiben la descarga inspiratoria. Por esta razón, la tal manera que en estados normales, la Pco2 alveolar se mantiene
profundidad de la inspiración se incrementa después de la va- constante, se combaten los efectos del exceso de hidrogeniones en
gotomía (fig. 37-2) y hay apneusia cuando se cortan los nervios sangre y la Po2 se eleva cuando disminuye a un nivel que pudiera
vagos después del daño al centro neumotáxico. La actividad de ser peligroso. El volumen respiratorio por minuto es proporcional
la retroalimentación vagal no altera la velocidad de elevación a la tasa metabólica, pero el vínculo entre el metabolismo y la ven-
de la actividad nerviosa en las neuronas motoras respiratorias tilación es el dióxido de carbono, no el oxígeno. Los receptores
(fig. 37-3). de los cuerpos carotídeos y aórticos se estimulan por el aumento de
la Pco2 o la concentración de hidrogeniones en la sangre arterial,
Si la actividad de las neuronas inspiratorias aumenta en ani- o por el descenso de la Po2. Después de la desnervación de los
males intactos, se incrementa la frecuencia y la profundidad de quimiorreceptores carotídeos, se suprime la respuesta a un decre-
la respiración. Dicha profundidad se eleva porque los pulmones mento en la Po2; el efecto predominante de la hipoxia después de
se estiran en mayor medida antes que la magnitud de la acti- la desnervación de los cuerpos carotídeos es una depresión directa
vidad vagal y del centro neumotáxico sea suficiente para con- del centro respiratorio. La respuesta a los cambios en la concen-
trarrestar la descarga más intensa de las neuronas inspiratorias. tración sanguínea arterial de hidrogeniones en el intervalo de pH
La frecuencia respiratoria aumenta porque la posdescarga de las de 7.3 a 7.5 también se destruye, aunque los cambios más intensos
aferentes vagales y tal vez las neumotáxicas hacia el bulbo raquí- pueden tener algún efecto. Por otro lado, la reacción a los cam-
deo se contrarresta con rapidez. bios en la Pco2 arterial sólo se altera un poco; ella se reduce no
más de 30 a 35%.
A
CUADRO 371 Estímulos que afectan al centro
B respiratorio

B Control químico

A CO2 (mediante concentración de H+ en LCR y líquido intersticial cerebral)

0 12 O2 e H+ (mediante los cuerpos carotídeos y aórticos)
Tiempo (s)
Control no químico
FIGURA 373 Las fibras vagales aferentes inhiben la descarga
Aferentes vagales de receptores en las vías respiratorias y pulmones
respiratoria. Registros superpuestos de dos respiraciones: (A) con y (B)
sin actividad aferente vagal de retroalimentación de los receptores de Aferentes de la protuberancia, el hipotálamo y el sistema límbico
estiramiento en los pulmones. Nótese que la velocidad de incremento
en la actividad del nervio frénico que llega al diagrama no se modifica, Aferentes de propioceptores
pero la descarga se prolonga en ausencia de señales vagales.
Aferentes de barorreceptores: arteriales, auriculares, ventriculares,
pulmonares

CO2, dióxido de carbono; H+, hidrogeniones; LCR, líquido cefalorraquídeo; O2, oxígeno.

628 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria Célula tipo II Axones aferentes
glosofaríngeos
Cuerpo carotídeo Célula tipo I
Seno carotídeo (del glomo)

Arterias carótidas
primitivas

Cuerpos aórticos
Cayado aórtico

Corazón FIGURA 375 Organización del cuerpo carotídeo. Las células

tipo I (del glomo) contienen catecolaminas. Cuando se exponen a la
hipoxia, liberan sus catecolaminas, que estimulan las terminaciones
cóncavas de las fibras nerviosas del seno carotídeo en el nervio glosofa-
ríngeo. Las células tipo II similares a las gliales rodean a las células tipo I;
es probable que éstas tengan función de soporte.

FIGURA 374 Ubicación de los cuerpos carotídeos y aórticos. el tránsito de los impulsos de estas fibras aferentes conforme
disminuye la Po2 o aumenta la Pco2 de tales fibras aferentes
Los cuerpos carotídeos están situados cerca de un barorreceptor arterial (fig. 37-6).
mayor, el seno carotídeo. Se muestran dos cuerpos aórticos cerca del
cayado aórtico. Las células del glomo tipo I tienen conductos de potasio sen-
sibles al oxígeno, cuya conductancia se reduce en proporción
CUERPOS CAROTÍDEOS Y AÓRTICOS al grado de hipoxia al cual se exponen. Esto disminuye la salida
de iones potasio (K+), despolariza la célula e induce entrada de
Hay un cuerpo carotídeo cerca de la bifurcación carotídea en iones calcio (Ca2+), sobre todo por los conductos de calcio tipo
ambos lados, y casi siempre se observan dos o más cuerpos aór- L. La entrada de calcio inicia potenciales de acción y libera-
ticos cerca del cayado aórtico (fig. 37-4). Cada cuerpo (glomo) ción de transmisor, con la excitación subsiguiente de las ter-
carotídeo y aórtico contiene islas de dos tipos de células: I y II, minaciones nerviosas aferentes. El músculo liso de las arterias
las cuales se encuentran rodeadas por capilares sinusoidales fe- pulmonares posee similares conductos de potasio sensibles al
nestrados. Las células del glomo o tipo I están muy relacionadas
con terminaciones cóncavas en los nervios aferentes (fig. 37-5). Impulsos 8
Las células del glomo se parecen a las células cromafines supra- 6
renales; presentan densos gránulos centrales que contienen ca- 4
tecolaminas, las cuales se liberan por la exposición a hipoxia y 2
cianuro. Las células se estimulan por la hipoxia y parece que el
principal transmisor es la dopamina, la cual estimula las termi- 0 100 200 400 600
naciones nerviosas mediante los receptores D2. Las células tipo
II son parecidas a las gliales, y cada una rodea a cuatro a seis PO2 arterial (mmHg)
células tipo I. Quizá su función es de sostén.
FIGURA 376 Efecto de la PCO2 en las descargas del nervio afe-
Fuera de la cápsula de cada cuerpo, las fibras nerviosas ad-
quieren una vaina de mielina, pero sólo miden 2 a 5 μm de rente. Se grafica la velocidad de descarga de una sola fibra aferente del
diámetro y conducen a una velocidad relativamente lenta de 7 cuerpo carotídeo con varias PO2 (círculos) y se adapta a una línea.
a 12 m/s. Las aferentes de los cuerpos carotídeos ascienden al Se observa aumento marcado en la velocidad de descarga conforme l
bulbo raquídeo por el seno carotídeo y los nervios glosofarín- a PO2 cae por debajo de los niveles de reposo normales (o sea, cerca de
geos; las células de los cuerpos aórticos ascienden por los va- 100 mmHg). (Por cortesía de S. Sampson.)
gos. Los estudios en los cuales se aísla un cuerpo carotídeo y se
perfunde mientras se registra la actividad de sus fibras nervio-
sas aferentes, muestran la aparición de un aumento gradual en

CAPÍTULO 37 Regulación de la respiración 629

oxígeno, que median la vasoconstricción causada por hipoxia. ProtuberanciaPirámideVI
Esto contrasta con las arterias sistémicas, las cuales contienen RR
conductos de potasio dependientes de trifosfato de adenosina V
(ATP); ellos hacen posible mayor salida de iones potasio con CC VII
la hipoxia y, por consiguiente, inducen vasodilatación en lugar VIII
de vasoconstricción.
IX
El flujo sanguíneo de cada 2 mg del cuerpo carotídeo es cer- X
cano a 0.04 ml/min, o 2 000 ml/100 g de tejido por minuto, en XI
comparación con un flujo sanguíneo de 54 ml o 420 ml por 100
g/min en el cerebro y los riñones, respectivamente. Como el XII
flujo sanguíneo por unidad de tejido es enorme, las necesida-
des de oxígeno de las células pueden satisfacerse en gran medi- FIGURA 377 Áreas quimiosensibles rostral (R) y caudal (C) en
da con el mero oxígeno disuelto. Por tanto, los receptores no se
estimulan en estados patológicos, como anemia o intoxicación la superficie ventral del bulbo raquídeo.
por monóxido de carbono, en los cuales la cantidad de oxígeno
disuelto en la sangre que llega a los receptores suele ser normal, dad las membranas, también la barrera hematoencefálica, en
aunque el oxígeno combinado en la sangre esté muy disminui- tanto los hidrogeniones y el bicarbonato (HCO3–) las atravie-
do. Los receptores se estimulan cuando la Po2 arterial es baja y san despacio. El dióxido de carbono que ingresa al cerebro y al
si disminuye la cantidad de oxígeno que llega a los receptores líquido cefalorraquídeo se hidrata pronto. El H2CO3 se disocia,
por unidad de tiempo a causa de estasis vascular. También el por lo que la concentración local de hidrogeniones se eleva. La
cianuro genera estimulación potente, ya que impide la utiliza- concentración de hidrogeniones en el líquido intersticial cere-
ción del oxígeno en los tejidos. En dosis suficientes, la nicoti- bral es paralela a la Pco2 arterial. Los cambios experimentales
na y la lobelina activan los quimiorreceptores. Asimismo, hay en la Pco2 del líquido cefalorraquídeo tienen efectos menores
informes de que la infusión de potasio aumenta la velocidad y variables en la respiración, siempre que la concentración de
de descarga en las aferentes de los quimiorreceptores, y este hidrogeniones se mantenga constante, pero cualquier incre-
incremento tal vez contribuya a la hiperpnea inducida por el mento en dicha concentración en el líquido cefalorraquídeo
ejercicio. estimula la respiración. La magnitud de la estimulación es pro-
porcional al aumento en la concentración de hidrogeniones.
Por su ubicación anatómica, los cuerpos aórticos no se han Por tanto, los efectos del dióxido de carbono en la respiración
estudiado con tanto detalle como los carotídeos. Es probable que se deben sobre todo a su desplazamiento hacia el líquido cefa-
sus respuestas sean similares, pero de menor magnitud. En seres lorraquídeo y el líquido intersticial cerebral, donde aumenta la
humanos con extirpación de los cuerpos carotídeos, pero con los cifra de hidrogeniones y estimula los receptores sensibles a los
aórticos intactos, las respuestas son las mismas comparadas con iones hidrógeno.
la desnervación de los cuerpos carotídeos y aórticos en animales:
poco cambio de la ventilación en reposo, pero pérdida de la res- RESPUESTAS VENTILATORIAS
puesta ventilatoria a la hipoxia y reacción ventilatoria al dióxido A LOS CAMBIOS EN EL EQUILIBRIO
de carbono reducida 30%. ACIDOBÁSICO

En las vías respiratorias, se encuentran los cuerpos neuro- En la acidosis metabólica generada, por ejemplo por acumula-
epiteliales, compuestos por cúmulos inervados de células que ción de cuerpos cetónicos ácidos en la circulación de pacientes
contienen amina. Estas células tienen una corriente de potasio diabéticos, existe una estimulación respiratoria pronunciada
ionizado hacia el exterior que se reduce con la hipoxia, lo cual (respiración de Kussmaul). La hiperventilación disminuye la
se esperaría que generara despolarización. Sin embargo, se des- Pco2 alveolar (“expulsa el dióxido de carbono”) y así produce
conoce la función de estas células sensibles a la hipoxia porque, un descenso compensador en la concentración sanguínea de
como se indicó antes, la eliminación de los cuerpos carotídeos hidrogeniones. Por el contrario, en la alcalosis metabólica cau-
solos elimina la respuesta respiratoria a la hipoxia. sada, por ejemplo, por el vómito prolongado con pérdida de
ácido clorhídrico, la ventilación se deprime y la Pco2 se eleva,
QUIMIORRECEPTORES lo cual incrementa la concentración de hidrogeniones hacia el
valor normal. Si hay un aumento ventilatorio que no se deba al
EN EL TALLO ENCEFÁLICO aumento de la concentración arterial de hidrogeniones, la caída
de la Pco2 reduce la concentración de éstos por debajo de lo nor-
Los quimiorreceptores que median la hiperventilación produ- mal (alcalosis respiratoria); por el contrario, la hipoventilación
cida por aumentos en la Pco2 arterial después de la desnerva- que no es consecutiva al decremento de la cifra plasmática de
ción de los cuerpos carotídeos y aórticos, se localizan en el bulbo hidrogeniones, causa acidosis respiratoria.
raquídeo y, por consiguiente, se llaman quimiorreceptores bul-
bares. Están separados de las neuronas respiratorias dorsales y
ventrales, y se sitúan en la superficie ventral del bulbo raquídeo
(fig. 37-7). La evidencia reciente indica que los quimiorrecepto-
res adicionales se encuentran en la vecindad del núcleo del haz
solitario, el locus cerúleo y el hipotálamo.

Los quimiorreceptores vigilan la concentración de hidroge-
niones en el líquido cefalorraquídeo (LCR), incluido el líquido
intersticial cerebral. El dióxido de carbono penetra con facili-

630 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

RESPUESTAS VENTILATORIAS pesar de la hiperventilación. La acumulación resultante de dióxi-
do de carbono en el organismo (hipercapnia) deprime al sistema
AL DIÓXIDO DE CARBONO nervioso central, incluido el centro respiratorio; ocurre cefalea,
confusión y, al final, coma (narcosis por dióxido de carbono).
La Pco2 arterial normal se conserva en 40 mmHg. Cuando la
Pco2 arterial se eleva a causa del aumento en el metabolismo, RESPUESTA VENTILATORIA
se estimula la ventilación y se incrementa la velocidad de ex- A LA FALTA DE OXÍGENO
creción pulmonar de dióxido de carbono hasta que la Pco2 se
normaliza, lo cual termina con el estímulo. La operación de este Si el contenido de oxígeno del aire inspirado disminuye, el volu-
mecanismo de retroalimentación conserva la excreción y la pro- men ventilatorio por minuto aumenta. La estimulación es ligera
ducción de dióxido de carbono en equilibrio. cuando la Po2 en el aire inspirado es mayor de 60 mmHg y sólo
hay una estimulación marcada con cifras menores de Po2 (fig.
Cuando se inhala una mezcla de gas que contiene CO2, la 37-9). Sin embargo, cualquier disminución en la Po2 arterial por
presión alveolar de este compuesto se eleva, lo cual aumenta debajo de 100 mmHg origina incremento en la descarga de los
la Pco2 arterial y estimula la ventilación en cuanto la sangre nervios de los quimiorreceptores carotídeo y aórtico. Hay dos
que contiene más dióxido de carbono llega al bulbo raquídeo. razones por las que este incremento en el tránsito de impulsos
La eliminación de este último gas se incrementa y la Pco2 al- no aumenta la ventilación en cualquier medida en personas nor-
veolar regresa a la normalidad. Por esta razón, las elevaciones males, hasta que la Po2 es menor de 60 mmHg. Como la hemo-
grandes en la Pco2 del gas inspirado (p. ej., 15 mmHg) generan globina es un ácido más débil que la oxihemoglobina (HbO2),
aumentos relativamente pequeños en la Pco2 alveolar (p. ej., 3 existe un leve descenso en la concentración de hidrogeniones
mmHg). Sin embargo, esta última no regresa a lo normal y se en sangre arterial cuando la Po2 arterial se halla menos saturada
alcanza un nuevo equilibrio en el que ella se encuentra un poco con oxígeno. El decremento en la concentración de hidrogenio-
alta y la hiperventilación persiste, siempre que se inhale dióxido nes tiende a inhibir la respiración. Además, cualquier incremen-
de carbono. La relación lineal entre el volumen respiratorio por to en la ventilación que ocurra reduce la Pco2 alveolar, y esto
minuto y la Pco2 alveolar se muestra en la figura 37-8. también tiende a impedir la respiración. Por tanto, los efectos
estimulantes de la hipoxia en la ventilación no son muy mani-
Por supuesto que esta linealidad tiene un límite superior. fiestos hasta que se tornan lo bastante fuertes para rebasar los
Cuando la Pco2 del gas inspirado está cerca de la Pco2 alveolar,
la eliminación de este gas se vuelve difícil. Cuando el contenido de
dióxido de carbono en el gas inspirado es mayor de 7%, las Pco2
alveolar y arterial empiezan a incrementarse de manera súbita a

40

32 ± 1 SE Ventilación (L/min) 30

28 20

24Volumen respiratorio por minuto (L/min) 10

20 0

16 % O2 en gas inspirado 21 20 15 10 5

12 PO2 en gas inspirado 160 152 114 76 38

8 Presión (mmHg) 120
100 PO2 alveolar
4
80
38 40 42 44 46 48 50 60
Pco2 alveolar (mmHg) 40 PCO2 alveolar
20
FIGURA 378 Respuestas de sujetos normales a la inhalación
0
de oxígeno (O2) y 2, 4 y 6% de dióxido de carbono (CO2). El aumento 760 700 600 500 400 300 200
relativamente lineal en el volumen respiratorio por minuto como res-
puesta al dióxido de carbono elevado se debe a un aumento tanto en la Presión barométrica (mmHg)
profundidad como en la frecuencia respiratoria. (Con autorización de Lam-
FIGURA 379 Arriba: volumen respiratorio por minuto promedio
bertsen CJ. En: Medical Physiology, 13th ed. Mountcastle VB [ed.]. Mosby, 1974.)
durante la primera media hora después de exposición a gases que con-
tienen diversas cantidades de oxígeno (O2). Hay cambios marcados en
la ventilación con valores de PO2 menores de 60 mmHg. En cada caso, la
línea horizontal indica la media; la barra vertical señala una desviación
estándar. Abajo: valores de PO2 y PCO2 alveolares cuando se respira aire
a diversas presiones barométricas. Las dos gráficas están alineadas
para que la PO2 de las mezclas inspiradas de gases en la gráfica superior
corresponda con la PO2 con varias presiones barométricas en la gráfica
inferior. (Cortesía de RH Kellogg.)

CAPÍTULO 37 Regulación de la respiración 631

60 100

50 PAO255
75
Ventilación (L/min, BTPS)
Ventilación (L/min, BTPS) PAO240
40
PACO249 50 PAO2100

30 25
PACO244

20

10 PACO237

0 60 80 100 120 140 0 50
20 40 PAO2(mmHg) 40

PACO2 (mmHg)

FIGURA 3710 Ventilación con varios valores de PO2 alveolar FIGURA 3711 Desplegado de líneas que muestra las curvas

cuando la PCO2 se mantiene constante en 49, 44 o 37 mmHg. Nótese de respuesta de dióxido de carbono (CO2) con varios valores fijos de
el efecto drástico de la PO2 en la respuesta ventilatoria cuando la PCO2 se PO2 alveolar. La PAO2 baja produce una respuesta más sensible a la PACO2.
incrementa por arriba de lo normal. BTPS, temperatura y presión corpo- BTPS, temperatura y presión corporales, saturado con vapor de agua.
rales, saturado con vapor de agua. (Datos de Loeschke HH y Gertz KH.)

efectos inhibidores contrarios de un declive en la concentración interrelacionados, como los de dióxido de carbono y el oxígeno.
arterial de hidrogeniones y la Pco2. En la acidosis metabólica, las curvas de respuesta a dióxido de
carbono son similares a las de la figura 37-11, salvo que se des-
En la figura 37-10, se muestran los efectos ventilatorios del vían a la izquierda. En otras palabras, aparece una estimulación
descenso de la Po2 alveolar mientras se conserva constante la respiratoria de la misma magnitud con cifras arteriales más ba-
Pco2 alveolar. Cuando esta última se estabiliza en un nivel de 2 jas de Pco2. Se calcula que la curva de respuesta del dióxido de
a 3 mmHg por arriba de lo normal, existe una relación inversa carbono se desvía 0.8 mmHg a la izquierda por cada nanomol
entre la ventilación y la Po2 alveolar, incluso en el intervalo de 90 de aumento en los hidrogeniones arterial. Se elimina cerca de
a 110 mmHg, pero cuando la Pco2 alveolar se fija en valores me- 40% de la reacción ventilatoria al dióxido de carbono si se pre-
nores de lo normal, la hipoxia no estimula la ventilación hasta viene el aumento del hidrogenión arterial causado por este gas.
que la Po2 alveolar caiga por debajo de 60 mm de mercurio. Como se indicó antes, tal vez el 60% restante se deba al efecto del
dióxido de carbono en el líquido espinal o a la concentración
EFECTOS DE LA HIPOXIA EN LA CURVA de hidrogeniones en el líquido intersticial cerebral.
DE RESPUESTA DEL DIÓXIDO DE CARBONO
PAUSA RESPIRATORIA
Cuando se realiza el experimento contrario; o sea, cuando la Po2
se mantiene constante mientras se prueba la respuesta a canti- La respiración puede inhibirse de manera voluntaria por algún
dades variables de dióxido de carbono inspirado, se obtiene una tiempo, pero al final se vence el control voluntario. El punto en
reacción lineal (fig. 37-11). Si se valora la respuesta de dióxido el que la respiración ya no puede impedirse de forma volunta-
de carbono a distintos valores fijos de Po2, la pendiente de la ria se llama punto de quiebre. Éste se debe al aumento de la
curva de respuesta cambia, se hace más marcada si disminuye Pco2 arterial y al descenso de la Po2. Las personas pueden de-
la Po2 alveolar. En otras palabras, la hipoxia vuelve al individuo tener la respiración más tiempo luego de eliminar los cuerpos
más sensible a los aumentos en la Pco2 arterial. Sin embargo, no carotídeos. La respiración de oxígeno al 100% antes de detener
se modifica el nivel de Pco2 alveolar en el cual las curvas de la la respiración eleva la Po2 al principio, por lo que el punto de
figura 37-11 se cruzan. En la persona normal, esta cifra umbral quiebre se retrasa. Lo mismo se aplica a la hiperventilación de
está justo debajo de la Pco2 alveolar normal, lo cual indica que aire ambiental, ya que se expulsa dióxido de carbono y la Pco2
en condiciones habituales hay un “impulso del dióxido de car- es más baja al principio. En apariencia hay factores reflejos o
bono” ligero, pero definitivo, en el área respiratoria. mecánicos que influyen en el punto de quiebre, ya que los su-
jetos que pausan la respiración lo más posible y luego respiran
EFECTO DE LOS HIDROGENIONES una mezcla gaseosa baja en oxígeno y alta en dióxido de car-
EN LA RESPUESTA DEL DIÓXIDO bono pueden detener la respiración por cerca de 20 s o más. Los
DE CARBONO factores psicológicos también participan, y los sujetos pueden
interrumpir la respiración más tiempo cuando se les dice que
Los efectos estimulantes de los hidrogeniones y el dióxido de car- su desempeño es muy bueno en comparación a cuando no se
bono en la respiración parecen ser aditivos y no complejamente les dice.

632 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

INFLUENCIAS NO QUÍMICAS Ya que las terminaciones de las fibras C se hallan cerca de los
EN LA RESPIRACIÓN vasos pulmonares, se les denomina receptores J (yuxtacapilares,
juxtacapillary en inglés). Éstos se estimulan debido a la hiperin-
RESPUESTAS MEDIADAS POR RECEPTORES flación pulmonar, pero reaccionan también a la administración
EN VÍAS RESPIRATORIAS Y PULMONES intravenosa o intracardiaca de sustancias, como la capsaicina.
La reacción refleja generada es la apnea, seguida de respiración
Los receptores de las vías respiratorias y los pulmones están rápida, bradicardia e hipotensión (quimiorreflejo pulmonar).
inervados por fibras vagales mielinizadas y no mielinizadas. Es- Se obtiene una respuesta similar con los receptores del corazón
tas últimas son fibras C. Los receptores inervados por las fibras (reflejo de Bezold-Jarisch o quimiorreflejo coronario). La
mielinizadas a menudo se dividen en receptores de adaptación participación fisiológica de este reflejo es incierta, pero quizá se
lenta y receptores de adaptación rápida con base en si la es- presente en estados patológicos, como congestión pulmonar o
timulación sostenida genera descarga prolongada o transitoria embolismo, en los cuales aquél se debe a sustancias endógenas.
en las fibras nerviosas aferentes (cuadro 37-2). Se supone que
el otro grupo de receptores consiste en terminaciones de fibras TOS Y ESTORNUDO
C y se clasifican en subgrupos pulmonar y bronquial según su
ubicación. La tos inicia con una inspiración profunda seguida de espiración
forzada a través de la glotis cerrada. Esto aumenta la presión in-
El acortamiento de la inspiración que produce la actividad trapleural a 100 mmHg o más. Luego, la glotis se abre de manera
aferente vagal (fig. 37-3) está mediado por receptores de adap- súbita, lo cual da lugar a la salida explosiva de aire a velocidades
tación lenta, como los reflejos de Hering-Breuer. El reflejo de de hasta 965 km/h. El estornudo es un esfuerzo espiratorio simi-
inflación de Hering-Breuer es un aumento en la duración de la lar con la glotis abierta todo el tiempo. Estos reflejos expulsan
espiración originado por la inflación pulmonar constante, y el irritantes y conservan limpias las vías respiratorias. En el recua-
reflejo de desinflación de Hering-Breuer corresponde al decre- dro clínico 37-1, se consideran otros aspectos de la inervación
mento en la duración de la espiración producido por la desinfla- en un caso especial.
ción marcada de los pulmones. Como los receptores de adapta-
ción rápida son estimulados por sustancias como la histamina, AFERENTES DE LOS PROPIOCEPTORES
se les llama receptores irritantes. La activación de los receptores
de adaptación rápida en la tráquea causa tos, broncoconstricción Algunos experimentos controlados con cuidado muestran que
y secreción mucosa; la activación de los receptores de activación los movimientos activos y pasivos de las articulaciones estimulan
rápida en los pulmones tal vez ocasione hiperpnea.

CUADRO 372 Receptores en las vías respiratorias y los pulmones

Inervación vagal Tipo Localización Estímulo Respuesta
Mielinizadas Adaptación lenta en intersticio Inflación pulmonar
Acortamiento del tiempo inspiratorio
Entre las células de
músculo liso (?) Reflejos de inflación y desinflación de
Hering-Breuer

Broncodilatación

Taquicardia

Hiperpnea

Adaptación rápida Entre las células epiteliales Hiperinflación pulmonar Tos
de las vías respiratorias Constricción bronquial
Sustancias exógenas y endógenas Secreción de moco
(p. ej., histamina, prostaglandinas) Apnea seguida de respiración rápida
Constricción bronquial
Fibras C no Fibras C Cerrar hacia vasos Hiperinflación pulmonar Bradicardia
mielinizadas pulmonares sanguíneos
Sustancias exógenas y endógenas
Fibras C (p. ej., histamina, prostaglandinas)
bronquiales

Hipotensión

Secreción de moco
Modificado con autorización de Berger AJ, Hornbein TF: Control of respiration. En: Textbook of Physiology, 21st ed. Vol. 2 Patton HD, et al (eds.). Saunders, 1989.

CAPÍTULO 37 Regulación de la respiración 633

RECUADRO CLÍNICO 37-1 RECUADRO CLÍNICO 37-2

Inervación pulmonar y pacientes con trasplantes Aferentes de los “centros superiores”
de corazón y pulmón
El dolor y los estímulos emocionales afectan la respiración, por
El trasplante del corazón y los pulmones ya es un tratamiento lo cual también debe haber aferentes del sistema límbico y el
establecido para la enfermedad pulmonar grave y otros pade- hipotálamo a las neuronas respiratorias en el tallo encefáli-
cimientos. En las personas con trasplante, la aurícula derecha co. Además, aunque la respiración no suele ser un fenómeno
del receptor se sutura con el corazón injertado y el corazón del consciente, tanto la inspiración como la espiración están bajo el
donador no se inerva de nuevo; por ello, la frecuencia cardiaca control voluntario. Las vías para el control voluntario pasan de
en reposo es elevada. La tráquea del injerto se sutura a la del la neocorteza a las neuronas motoras que inervan los músculos
receptor, justo por arriba de la carina, y las fibras aferentes de respiratorios, sin pasar por las neuronas bulbares.
los pulmones no crecen de nuevo. Por consiguiente, los pacien-
tes saludables con trasplantes de corazón y pulmón brindan la Como el control voluntario y automático de la respiración es-
oportunidad de valorar la función de la inervación pulmonar tán separados, la regulación automática a veces se interrumpe
en la fisiología normal. Sus respuestas de tos a la estimulación sin perder el control voluntario. La situación clínica resultante se
traqueal son normales porque la tráquea permanece inerva- llama la “maldición de Ondina”. En la leyenda alemana, Ondi-
da, pero no existe respuesta de tos a la estimulación de las vías na era una ninfa acuática que tenía un amante mortal infiel. El
respiratorias. Los bronquios tienden a estar dilatados en mayor rey de las ninfas del agua castigó al amante con una maldición
medida de lo normal. Además, aparece la cantidad normal de que le arrebató todas sus funciones automáticas. En este estado,
bostezos y suspiros, lo cual indica que éstos no dependen de la sólo podía sobrevivir si permanecía despierto y recordaba res-
inervación pulmonar. Por último, hay ausencia de los reflejos de pirar. Al final, se quedó dormido por agotamiento y su respira-
Hering-Breuer, pero el patrón respiratorio en reposo es normal, ción se detuvo. Los pacientes con este intrigante trastorno casi
lo cual indica que estos reflejos no desempeñan una función siempre tienen poliomielitis bulbar o procesos patológicos que
importante en la regulación de la respiración en reposo en los comprimen el bulbo raquídeo.
seres humanos.

la respiración, tal vez porque impulsos en las vías aferentes de tugas, así como en los mamíferos. Ya se desacreditó la idea de
los propioceptores en músculos, tendones y articulaciones es- que es necesario para aumentar el ingreso de oxígeno. Los al-
timulan las neuronas inspiratorias. Tal vez este efecto ayude a véolos hipoventilados tienen tendencia a colapsar y se sugirió
aumentar la ventilación durante el ejercicio. Otras vías aferentes que la inspiración profunda con estiramiento de los mismos
se consideran en el recuadro clínico 37-2. previene el desarrollo de atelectasias. Sin embargo, en expe-
rimentos reales no pudo demostrarse que el bostezo tuviera
COMPONENTES RESPIRATORIOS un efecto preventivo de estas últimas. El bostezo aumenta el
DE LOS REFLEJOS VISCERALES retorno venoso al corazón, lo cual beneficia la circulación. Se
sugirió que el bostezo es una señal no verbal empleada para la
La inhibición de la respiración y el cierre de la glotis durante comunicación entre monos en un grupo, y podría argumen-
el vómito, la deglución y los estornudos no sólo previenen la tarse que a un nivel distinto, lo mismo se aplica a los seres
aspiración de alimento hacia la tráquea, en el caso del vómito, humanos.
también fija el tórax para que la contracción de los músculos
abdominales aumente la presión intraabdominal. Hay cierre de EFECTOS RESPIRATORIOS DE
la glotis e inhibición de la respiración similares durante el pujo LA ESTIMULACIÓN
voluntario y el involuntario. DE LOS BARORRECEPTORES

El hipo constituye una contracción espasmódica del diafrag- Las fibras aferentes de los barorreceptores en senos carotí-
ma y otros músculos inspiratorios; esto origina una inspiración deos, cayado aórtico, aurículas y ventrículos relevan la infor-
durante la cual la glotis se cierra de forma súbita. El cierre gló- mación a las neuronas respiratorias, así como a las neuronas
tico es el causante de la sensación y el sonido característicos. El vasomotoras e inhibidoras cardiacas en el bulbo raquídeo. Los
hipo ocurre en el feto dentro del útero y durante toda la vida ex- impulsos de estos receptores impiden la respiración, pero el
trauterina. Su función se desconoce. La mayoría de los episodios efecto inhibidor es leve y tiene poca importancia fisiológica.
de hipo es de corta duración y a menudo responde a la pausa En el choque, la hiperventilación se debe a la estimulación de
respiratoria u otras medidas que aumentan la Pco2 arterial. El los quimiorreceptores causada por acidosis e hipoxia conse-
hipo intratable, que puede ser debilitante, a veces reacciona a cutivas al estancamiento local del flujo sanguíneo; aquélla no
los antagonistas de la dopamina y tal vez a algunos compuestos está mediada por barorreceptores. La actividad de las neuro-
analgésicos de acción central. nas inspiratorias influye en la presión sanguínea y la frecuen-
cia cardiaca, y la actividad de las áreas vasomotora y cardiaca
El bostezo es un acto respiratorio peculiar “contagioso”, del bulbo raquídeo quizá origine efectos menores en la respi-
cuyas bases e importancia fisiológicas se desconocen. Como el ración.
hipo, se observa en la vida intrauterina; existe en peces y tor-

634 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

EFECTOS DEL SUEÑO Presión parcial (mmHg)160

La respiración se controla de modo menos riguroso durante el Patrón 120
sueño en comparación con la vigilia, los adultos normales tienen respiratorio PO2 alveolar
breves periodos de apnea durante el sueño. Los cambios en la
respuesta ventilatoria a la hipoxia varían. Si la Pco2 cae durante 80
la vigilia, varios estímulos de los propioceptores y el ambiente
mantienen la respiración, pero en el curso del sueño estos es- 40
tímulos se hallan disminuidos, y el descenso de la Pco2 puede
causar apnea. Durante el sueño con movimientos oculares rápi- PCO2 alveolar
dos, la respiración es irregular y la respuesta al dióxido de car- 0
bono es muy variable.
01 23456
ANOMALÍAS RESPIRATORIAS Tiempo después de detener
la respiración (min)
ASFIXIA
FIGURA 3712 Cambios en la respiración y la composición del aire
En la asfixia generada por oclusión de la vía respiratoria, la hi-
percapnia y la hipoxia agudas se desarrollan juntas. La estimu- alveolar después de hiperventilación forzada durante dos minutos. Las
lación respiratoria es pronunciada, con esfuerzos respiratorios barras en la parte inferior indican la respiración, mientras los espacios
violentos. La presión sanguínea y la frecuencia cardiaca se ele- en blanco significan apnea.
van de manera aguda, aumenta la secreción de catecolamina, y
el pH sanguíneo tiene una reducción súbita. Al final los esfuer- porque no se presenta luego de la hiperventilación con mez-
zos respiratorios cesan, la presión sanguínea cae y la frecuencia clas de gas que contienen 5% de dióxido de carbono. Durante
cardiaca disminuye. En este punto, los animales asfixiados aún la apnea, la Po2 alveolar cae y la Pco2 se eleva. La respiración
pueden reanimarse con respiración artificial, aunque tienden continúa por la estimulación hipóxica de los quimiorreceptores
a la fibrilación ventricular, tal vez por la combinación de daño carotídeos y aórticos antes que el nivel de dióxido de carbono se
miocárdico hipóxico y los valores altos de catecolaminas circu- normalice. Unas cuantas respiraciones eliminan el estímulo hi-
lantes. Si no se inicia la respiración artificial, el paro cardiaco póxico y la respiración se detiene hasta que la Po2 cae de nuevo.
ocurre en 4 o 5 min. Sin embargo, la Pco2 regresa de forma gradual a la normalidad
y se reanuda la respiración habitual. Los cambios en los patro-
AHOGAMIENTO nes respiratorios tal vez sean síntoma de enfermedad (recuadro
clínico 37-3).
Éste corresponde a la asfixia generada por inmersión, casi siem-
pre en agua. En cerca de 10% de los ahogamientos, los primeros EFECTOS DEL EJERCICIO
jadeos con entrada de agua después de perder la lucha por no
respirar causan laringoespasmo y la muerte ocurre por asfixia El ejercicio representa un ejemplo fisiológico para explorar mu-
sin presencia de agua en los pulmones. En los casos restantes, al chos de los sistemas de control explicados antes. Por supuesto
final los músculos de la glotis se relajan y el líquido entra en los que deben operar muchos mecanismos cardiovasculares y respi-
pulmones. El agua dulce se absorbe con rapidez, lo cual diluye el ratorios de manera integrada para satisfacer las necesidades de
plasma y causa hemólisis intravascular. El agua de mar es muy oxígeno del tejido activo, así como para eliminar del organismo
hipertónica y atrae líquido desde el sistema vascular a los pulmo- el dióxido de carbono y el calor adicionales durante el ejercicio.
nes; esto reduce el volumen plasmático. El objetivo inmediato en Los cambios circulatorios aumentan el flujo sanguíneo muscu-
el tratamiento del ahogamiento es la reanimación, por supuesto, lar al tiempo que mantienen la circulación adecuada en el resto
pero las medidas terapéuticas a largo plazo también deben con- del cuerpo. Además, se incrementa la extracción de oxígeno de
siderar los efectos circulatorios del agua en los pulmones. la sangre en los músculos activos, así como la ventilación. Esto
aporta oxígeno adicional, elimina parte del calor y excreta el
RESPIRACIÓN PERIÓDICA dióxido de carbono adicional. A continuación, se presenta una
descripción enfocada en la regulación ventilatoria y el oxígeno
Los efectos agudos de la hiperventilación voluntaria demuestran hístico, ya que muchos otros aspectos de la regulación se anali-
la interacción de los mecanismos químicos que regulan la respi- zaron en los capítulos previos.
ración. Cuando una persona normal hiperventila durante 2 a 3
min, se detiene y permite que la respiración continúe sin ejercer CAMBIOS EN LA VENTILACIÓN
un control voluntario sobre ésta, hay un periodo de apnea. Éste
va seguido de unas cuantas respiraciones superficiales y luego Durante el ejercicio, se eleva la cantidad de oxígeno que ingre-
otro periodo de apnea, seguido de nuevo por unas cuantas respi- sa a la sangre en los pulmones porque la cantidad de oxígeno
raciones (respiración periódica). Los ciclos pueden durar algún
tiempo antes de reanudarse la respiración normal (fig. 37-12).
En apariencia, la apnea se debe a la falta de dióxido de carbono

CAPÍTULO 37 Regulación de la respiración 635

RECUADRO CLÍNICO 37-3 Cargas de trabajo
máximas
Respiración periódica en la enfermedad
4
Respiración de Cheyne-Stokes
12
La respiración periódica se presenta en varios estados pato- Captación de O2 (L/min)
lógicos y a menudo se llama respiración de Cheyne-Stokes.
Ésta se ve más a menudo en pacientes con insuficiencia car- Cargaalsasdemtráaxibmajaosinferiores
diaca congestiva y uremia, pero también ocurre en sujetos
con enfermedad cerebral y durante el sueño en algunas per- Lactato sanguíneo (meq/L)
sonas normales. Algunos de los enfermos con respiración de 3
Cheyne-Stokes presentan mayor sensibilidad al dióxido de car- 9
bono. Al parecer, el aumento en la respuesta se debe a la
interrupción de las vías neurales que inhiben la respiración 2 Captación 6
de manera normal. En estos individuos, el dióxido de carbo- de O2
no causa hiperventilación relativa, lo cual disminuye la PCO2
arterial. Durante la apnea resultante, esta última se eleva de 1 Lactato sanguíneo 3
nuevo a valores normales, pero el mecanismo respiratorio
responde de nuevo de modo exagerado al dióxido de carbo- 0 0
no. La respiración cesa y el ciclo se repite. Reposo I II III IV V VI

Otra causa de respiración periódica en pacientes con car- Carga de trabajo
diopatía es la prolongación del tiempo de circulación de
los pulmones al cerebro, de manera que los cambios en la FIGURA 3713 Relación entre la carga de trabajo, concentra-
presión arterial de los gases tardan más en influir en el área
respiratoria del bulbo raquídeo. Cuando los individuos con ción sanguínea de lactato y captación de oxígeno (O2). I-VI, cargas de
circulación más lenta hiperventilan, disminuyen la PCO2 de la trabajo crecientes producidas por el aumento de la velocidad y la incli-
sangre en sus pulmones, pero la sangre con PCO2 baja tarda nación de una banda sinfín en la cual trabajaron los sujetos. (Con autoriza-
más de lo normal en llegar al cerebro. Durante este periodo,
la PCO2 de la sangre capilar pulmonar continúa en descenso ción de Mitchell JH, Blomqvist G: Maximal oxygen uptake. N Engl J Med 1971;284:1018.)
y cuando dicha sangre llega al cerebro, la PCO2 baja inhibe
el área respiratoria, lo cual causa apnea. En otras palabras, el agregada a cada unidad de sangre y el flujo sanguíneo pulmonar
sistema de control respiratorio varía porque el ciclo de re- por minuto aumentan. La Po2 de sangre que fluye a los capila-
troalimentación negativa de los pulmones al cerebro es más res pulmonares disminuye de 40 a 25 mmHg o menos, por lo
largo de lo normal. cual el gradiente alveolocapilar de Po2 se incrementa y entra más
oxígeno en la sangre. El flujo sanguíneo por minuto se eleva de
Apnea durante el sueño 5.5 L/min hasta 20 a 35 L/min. Por tanto, la cantidad total
de oxígeno que ingresa a la sangre aumenta de 250 ml/min en
Los episodios de apnea durante el sueño pueden ser de ori- reposo hasta valores de 4 000 ml/min. La cantidad de dióxido de
gen central; o sea, consecutivos a la falta de descarga de los carbono eliminada de cada unidad de sangre se eleva y la excre-
nervios que producen la respiración, o quizá sean consecuen- ción de dióxido de carbono se incrementa de 200 ml/min hasta
cia de obstrucción de la vía respiratoria (apnea obstructiva 8 000 ml/min. El aumento en la captación de oxígeno es propor-
del sueño). Esto puede ocurrir a cualquier edad y se genera cional a la carga de trabajo, hasta un máximo. Por arriba de este
cuando los músculos faríngeos se relajan durante el sueño. máximo, el consumo de oxígeno se nivela y la concentración
En algunos casos, la falta de contracción de los músculos ge- sanguínea de lactato continúa creciendo (fig. 37-13). El lactato
nioglosos en el curso de la inspiración contribuye al bloqueo; proviene de los músculos en los cuales la síntesis aeróbica de las
estos músculos tiran de la lengua hacia delante y, cuando no reservas energéticas no puede conservarse al ritmo de su utiliza-
se contraen, la lengua cae hacia atrás y obstruye la vía respi- ción; por ello se incurre en una deuda de oxígeno.
ratoria. Después de esfuerzos respiratorios cada vez más fuer-
tes, el paciente despierta, realiza unas cuantas respiraciones La ventilación aumenta de forma súbita al inicio del ejerci-
normales y se duerme de nuevo. No es sorprendente que los cio, luego sigue una pausa breve con un incremento ulterior más
episodios apneicos sean más frecuentes durante el sueño de gradual (fig. 37-14). Con el ejercicio moderado, el incremento
movimientos oculares rápidos, cuando los músculos se en- se debe sobre todo a un aumento en la profundidad de la res-
cuentran más hipotónicos. Los síntomas incluyen ronquidos piración; esto se acompaña de un incremento en la frecuencia
sonoros, cefaleas matutinas, fatiga y somnolencia diurna. En respiratoria cuando el ejercicio es más intenso. La ventilación
apariencia, cuando es grave y prolongado, este trastorno ori- disminuye de manera abrupta cuando el ejercicio se interrumpe,
gina hipertensión y sus complicaciones. Además, la inciden- le sigue una pausa breve y luego un declive más parcial hasta
cia de accidentes automovilísticos en pacientes con apnea es
siete veces mayor comparada con la de la población general Ventilación (L/min) Reposo Ejercicio Recuperación
de conductores.
Tiempo

FIGURA 3714 Representación diagramática de los cambios

en la ventilación durante el ejercicio. Véase el texto para obtener
detalles.

636 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

los valores previos al ejercicio. Es probable que el incremento PACO2 50 Amortiguación Comp.
súbito al principio del ejercicio se deba a estímulos psíquicos e (mmHg) 0 isocápnica resp.
impulsos aferentes de los propioceptores en músculos, tendones 150
y articulaciones. El aumento más gradual tal vez sea de origen V• E 120 PAO2
humoral, aunque el pH, la Pco2 y la Po2 permanecen relativa- (L/min- (mmHg)
mente constantes durante el ejercicio moderado. La elevación 70
de la ventilación es proporcional a la del consumo de oxígeno, BTPS)
pero aún se discute mucho sobre los mecanismos que estimu-
lan la respiración. Quizá participe el aumento de la temperatura 3 V• E
corporal. El ejercicio incrementa la concentración plasmática de V• CO2
iones potasio y este aumento podría estimular los quimiorre- V• CO2 0 2
ceptores periféricos. Además, tal vez aumente la sensibilidad de (L/min-
las neuronas que controlan la respuesta al dióxido de carbono o V• O2
quizá las fluctuaciones respiratorias en la Pco2 arterial se ele- STPD)
ven, de manera que aunque la Pco2 arterial media no aumenta, 2 min
el dióxido de carbono es la causa del incremento en la ventila- 0 0  V• O2
ción. Asimismo, en apariencia el oxígeno participa a pesar de (L/min-
la falta de descenso en la Po2 arterial, ya que durante la reali- HCO3–
zación de un trabajo de determinada magnitud, el aumento en STPD)
la ventilación cuando se respira oxígeno al 100% es 10 a 20%
menor comparado con el incremento mientras se respira aire HCO3– 25
ambiental. Por ende, por ahora parece que distintos factores se 7.40
combinan para generar el aumento observado en la ventilación
durante el ejercicio moderado. pH 15 pH
7.30
Cuando el ejercicio se vuelve más vigoroso, la amortigua-
ción de las mayores cantidades de ácido láctico que se produ- 0
ce libera más dióxido de carbono y esto incrementa aún más 15
la ventilación. La respuesta al ejercicio graduado se muestra en la 30
figura 37-15. Con la elevación de la producción de ácido, los in- 45
crementos en la ventilación y la síntesis de dióxido de carbono se 60
mantienen proporcionales; por ello, el dióxido de carbono al- 75
veolar y arterial cambia relativamente poco (amortiguación 90
isocápnica). La Po2 alveolar se eleva a causa de la hiperventila- 105
ción. Con la acumulación adicional de ácido láctico, el aumen- 120
to en la ventilación rebasa la generación de dióxido de carbono 135
y la Pco2 alveolar se reduce de manera súbita, al igual que la 150
Pco2 arterial. La disminución de esta última origina una com- 165
pensación respiratoria para la acidosis metabólica inducida por 180
el ácido láctico adicional. El aumento ulterior en la ventilación
producido por la acidosis depende de los cuerpos carotídeos y Ritmo de trabajo (vatios)
no ocurre si éstos se extirpan.
FIGURA 3715 Respuestas fisiológicas al ritmo de trabajo
La frecuencia respiratoria después del ejercicio no llega a va-
lores basales hasta no reponer la deuda de oxígeno. Esto quizá durante el e.jercicio. Los cambios en la PCO2 alveolar, la. PO2 alveolar, la
tarde hasta 90 min. El estímulo para la ventilación después del ventilación (V. E), la producción de dióxido de carbono (VCO2), el consumo
ejercicio no es la Pco2 arterial, la cual es normal o baja, ni la Po2 de oxígeno (VO2), el bicarbonato (HCO3–) arterial y el pH arterial con los
arterial, que es normal o elevada, sino la concentración arterial aumentos graduados en el trabajo de un varón adulto en una bicicleta
alta de hidrogeniones consecutiva a la acidemia láctica. La mag- con ergómetro. Comp. resp., compensación respiratoria. STPD, 0°C,
nitud de la deuda de oxígeno es la cantidad a la cual el consumo 760 mmHg, seco (temperatura y presión estándar), seco; BTPS, tempe-
de oxígeno rebasa al consumo basal desde el final del esfuerzo ratura y presión corporales, saturado con vapor de agua. Véase el texto
hasta que el consumo de oxígeno regresa a los niveles previos para obtener detalles. (Reproducida con autorización de Wasserman K, Whipp BJ,
al ejercicio. Durante el pago de la deuda de oxígeno, la concen-
tración de éste en la mioglobina muscular se eleva un poco. Se Casaburi R: Respiratory control during exercise. En: Handbook of Physiology. Section 3,
sintetizan de nuevo ATP y fosforilcreatina, y se elimina el ácido
láctico. Ochenta por ciento de éste se convierte en glucógeno y The Respiratory System. Vol II, part 2. Fishman AP [ed.]. American Physiological Society,
20% se metaboliza hasta dióxido de carbono y agua (H2O).
1986.)
A causa del dióxido de carbono adicional generado por la
amortiguación del ácido láctico durante el ejercicio extenuan- CAMBIOS EN LOS TEJIDOS
te, la proporción entre dióxido de carbono y oxígeno (índice
de intercambio respiratorio [R]) se eleva y llega hasta 1.5 o 2.0. La captación máxima de oxígeno durante el ejercicio está limita-
Después del esfuerzo, mientras se repone la deuda de oxígeno, el da por la velocidad máxima a la cual se transporta este gas a las
valor de R cae a 0.5 o menos. mitocondrias en el músculo activo. Sin embargo, tal limitación
no suele deberse a la captación deficiente de oxígeno en los pul-
mones; la hemoglobina de la sangre arterial se halla saturada,
incluso durante el ejercicio más intenso.

Durante el ejercicio, los músculos que se contraen usan más
oxígeno y la Po2 del tejido y de la sangre venosa proveniente del
músculo activo cae casi a cero. Más oxígeno difunde desde la
sangre, la Po2 de la sangre en los músculos se reduce súbitamen-
te y se extrae más oxígeno de la hemoglobina. Como el lecho
capilar del músculo activo se dilata y se abren muchos capilares
que habían estado cerrados, la distancia media desde la sangre
a las células de ese tejido disminuye mucho; esto facilita el des-
plazamiento de oxígeno de la sangre a las células. La curva de
disociación de oxígeno-hemoglobina tiene una pendiente mar-
cada en el intervalo de Po2 menor de 60 mmHg; se aporta una
cantidad relativamente grande de oxígeno por cada descenso de
1 mmHg en la Po2 (fig. 36-2). Se aporta oxígeno adicional por-
que como resultado de la acumulación de dióxido de carbono y
el aumento en la temperatura de los tejidos activos (y tal vez por
un incremento en el 2,3-difosfoglicerato eritrocítico), la curva
de disociación se desplaza a la derecha. El efecto neto es un in-

CAPÍTULO 37 Regulación de la respiración 637

cremento al triple en la extracción de oxígeno de cada unidad PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE
de sangre (fig. 36-3). Como este aumento se acompaña de una
elevación de 30 veces o más en el flujo sanguíneo, es posible que Para todas las preguntas elija una sola respuesta, a menos que se indique
la tasa metabólica del músculo aumente hasta 100 veces durante lo contrario.
el ejercicio.
1. Las principales neuronas de control respiratorio
TOLERANCIA AL EJERCICIO Y FATIGA
A) emiten oleadas regulares de impulsos a los músculos espirato-
¿Qué determina la máxima cantidad de ejercicio que puede rea- rios durante la respiración tranquila
lizar una persona? Es obvio que la tolerancia al ejercicio tiene
una dimensión de tiempo y una de intensidad. Por ejemplo, un B) no se afectan por la estimulación de los receptores de dolor
varón joven con buena condición física puede generar una po- C) se localizan en la protuberancia
tencia cercana a 700 watts por un minuto en una bicicleta, 300 D) emiten grupos regulares de impulsos a los músculos inspirato-
watts por 5 min y 200 watts durante 40 min. Solía argumentar-
se que los factores limitantes en el desempeño de ejercicio eran rios durante la respiración tranquila
la velocidad a la cual podía aportarse oxígeno a los tejidos o la E) no se alteran por impulsos de la corteza cerebral
velocidad a la que el oxígeno era capaz de entrar en el organis-
mo y en los pulmones. Estos factores participan, pero está claro 2. El ácido láctico intravenoso aumenta con la ventilación. Los recep-
que otros elementos también contribuyen a que el ejercicio se tores generadores de este reflejo se localizan en
detenga cuando la sensación de fatiga progresa a la sensación
de agotamiento. La fatiga surge en parte por el bombardeo al A) el bulbo raquídeo
cerebro con impulsos nerviosos provenientes de los músculos B) los cuerpos carotídeos
y porque el declive del pH sanguíneo generado por la acidosis C) el parénquima pulmonar
láctica también hace que el sujeto se sienta cansado, así como D) los barorreceptores aórticos
el incremento de la temperatura corporal, la disnea y, tal vez, la E) la tráquea y los bronquios grandes
sensación incómoda producida por la activación de los recepto-
res J en los pulmones. 3. La respiración espontánea se interrumpe después de

RESUMEN DEL CAPÍTULO A) sección del tallo encefálico por arriba de la protuberancia
B) sección del tallo encefálico en el extremo caudal del bulbo ra-
■ La respiración está bajo el control voluntario (ubicado en la corteza
cerebral) y la regulación automática (impulsada por células marca- quídeo
pasos en el bulbo raquídeo). Existe inervación recíproca en los múscu- C) vagotomía bilateral
los espiratorios e inspiratorios, ya que las neuronas motoras que D) vagotomía bilateral combinada con sección del tallo encefálico
inervan los músculos espiratorios se encuentran inactivas cuando
las neuronas motoras de los músculos inspiratorios están activas y en el borde superior de la protuberancia
viceversa. E) sección de la médula espinal al nivel del primer segmento torá-

■ El complejo pre-Bötzinger a ambos lados del bulbo raquídeo con- cico
tiene células marcapasos acopladas mediante sinapsis que permiten
la generación rítmica de la respiración. La actividad espontánea de 4. Los siguientes fenómenos fisiológicos que ocurren in vivo se listan
estas neuronas puede alterarse a causa de las neuronas del centro en desorden: 1) disminución del pH del LCR; 2) aumento de la Pco2
neumotáxico, aunque no se comprende la función reguladora total arterial; 3) aumento de la Pco2 del líquido cefalorraquídeo; 4) esti-
de estas neuronas en la respiración normal. mulación de los quimiorreceptores bulbares; 5) incremento de la
Pco2 alveolar.
■ Los patrones respiratorios son sensibles a sustancias químicas en la ¿Cuál es la secuencia usual en la que ocurren cuando afectan la
sangre mediante la activación de quimiorreceptores respiratorios. respiración?
Hay quimiorreceptores en los cuerpos carotídeos y aórticos, así
como en grupos celulares del bulbo raquídeo. Estos quimiorrecep- A) 1, 2, 3, 4, 5
tores reaccionan a los cambios en la Po2 y la Pco2, así como a los B) 4, 1, 3, 2, 5
hidrogeniones para regular la respiración. C) 3, 4, 5, 1, 2
D) 5, 2, 3, 1, 4
■ Además, los receptores de la vía respiratoria están inervados por fi- E) 5, 3, 2, 4, 1
bras vagales mielinizadas de adaptación rápida. Los receptores de
adaptación lenta pueden activarse con la inflación pulmonar. Los 5. Los siguientes fenómenos que ocurren en los cuerpos carotídeos
receptores de adaptación rápida, o receptores de irritantes, son acti- cuando se exponen a la hipoxia se listan en orden aleatorio: 1) des-
vados por sustancias como la histamina; éstos generan tos e incluso polarización de las células del glomo tipo I; 2) excitación de las ter-
hiperpnea. minaciones nerviosas aferentes; 3) disminución de la conductancia
de conductos de potasio sensibles a la hipoxia en las células del glo-
■ Los receptores de las vías respiratorias también se hallan inervados mo tipo I; 4) entrada de calcio ionizado a las células del glomo tipo
por fibras vagales no mielinizadas (fibras C), las cuales casi siempre I; 5) disminución de la salida de potasio.
se encuentran junto a los vasos pulmonares. Aquéllos se estimulan a
causa de la hiperinflación (o sustancias exógenas, incluida capsaici- ¿Cuál es la secuencia usual en la que ocurren en la exposición a
na) e inducen un reflejo químico pulmonar. No se comprende aún hipoxia?
la participación fisiológica de esta respuesta.
A) 1, 3, 4, 5, 2
B) 1, 4, 2, 5, 3
C) 3, 4, 5, 1, 2
D) 3, 1, 4, 5, 2
E) 3, 5, 1, 4, 2

6. Se esperaría que la estimulación del extremo central (proximal) de
un nervio vago cortado

A) aumente la frecuencia cardiaca
B) estimule la inspiración
C) inhiba la tos
D) eleve la presión sanguínea
E) cause apnea

638 SECCIÓN VII Fisiología respiratoria

7. Se esperaría que la inyección de un fármaco que estimula los cuer- Fishman AP, et al (editors): Fishman’s Pulmonary Diseases and Disor-
pos carotídeos causara ders, 4th ed. McGraw-Hill, 2008.
A) descenso del pH en sangre arterial
B) decremento en la Pco2 de sangre arterial Hackett PH, Roach RC: High-altitude illness. N Engl J Med
C) aumento en la concentración de bicarbonato en sangre arte- 2001;345:107.
rial
D) incremento en la excreción urinaria de sodio Jones NL, Killian KJ: Exercise limitation in health and disease. N Engl
E) aumento del cloruro plasmático J Med 2000;343:632.

8. ¿Cuál de los siguientes componentes de la sangre o el líquido cefa- Laffey JG, Kavanagh BP: Hypocapnia. N Engl J Med 2002;347:43.
lorraquídeo no afectan la respiración cuando ésta se modifica? Levitzky, MG: Pulmonary Physiology, 7th ed. McGraw Hill, 2007.
A) concentración arterial de bicarbonato Prisk GK, Paiva M, West JB (editors): Gravity and the Lung: Lessons
B) concentración arterial de hidrogeniones
C) concentración arterial de sodio ionizado from Micrography. Marcel Dekker, 2001.
D) concentración de dióxido de carbono en líquido cefalorraquí- Putnam RW, Dean JB, Ballantyne D (editors): Central chemosensitivi-
deo
E) concentración de hidrogeniones en líquido cefalorraquídeo ty. Respir Physiol 2001;129:1.
Rekling JC, Feldman JL: Pre-Bötzinger complex and pacemaker neu-
RECURSOS DEL CAPÍTULO
rons: hypothesized site and kernel for respiratory rhythm genera-
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West JB: Pulmonary Pathophysiology, 5th ed. McGraw-Hill, 1995.

CAPÍTULO 38 Función renal y micción 639

SECCIÓN VIII FISIOLOGÍA RENAL

Función renal CAPÍTULO
y micción
38

OBJETIVOS

Después de revisar este capítulo, el lector será capaz de:

■ Describir las características morfológicas de una nefrona típica y su riego sanguíneo.
■ Definir la autorregulación y enunciar las principales teorías propuestas para explicar la au-

torregulación en los riñones.
■ Definir la tasa de filtración glomerular, describir de qué manera puede medirse y enumerar

los principales factores que la afectan.
■ Describir el control tubular del sodio ionizado (Na+) y el agua.
■ Describir la reabsorción tubular y la secreción de glucosa y iones potasio (K+).
■ Caracterizar de qué manera opera el mecanismo de contracorriente en el riñón para produ-

cir una orina hipertónica o hipotónica.
■ Enumerar las principales clases de diuréticos y sus mecanismos de acción para aumentar el

flujo urinario.
■ Describir el reflejo de micción y dibujar un cistometrograma.

INTRODUCCIÓN tantes son conservados mientras los residuos son eliminados
en la orina. Asimismo, la composición de la orina puede variar
En los riñones, se filtra un líquido parecido al plasma a través de para preservar la homeostasis del líquido de todo el organismo
los capilares glomerulares hacia los túbulos renales (filtración (líquido extracelular [ECF]). Esto se logra a través de muchos
glomerular). A medida que este filtrado glomerular pasa por mecanismos reguladores homeostásicos cuya función es modi-
los túbulos, se reduce su volumen y se modifica su composición ficar la cantidad de agua y solutos presentes en la orina. Desde
por el fenómeno de reabsorción tubular (extracción de agua y la pelvis renal, la orina pasa hacia la vejiga y es expulsada hacia
solutos del líquido tubular) y secreción tubular (secreción de el exterior mediante la micción. Los riñones también son ór-
solutos hacia el líquido tubular) para formar la orina que en- ganos endocrinos y elaboran cininas (cap. 33), así como 1,25-
tra en la pelvis renal. Una comparación de la composición del dihidroxicolecalciferol (cap. 23); además, sintetizan y secretan
plasma y una muestra de orina promedio ilustra la magnitud renina (cap. 39).
de algunos de estos cambios (cuadro 38-1). Destaca el modo
en que el agua y los electrólitos así como metabolitos impor-

639

640 SECCIÓN VIII Fisiología renal

CUADRO 381 Concentraciones urinarias y plasmáticas El glomérulo, el cual tiene un diámetro de casi 200 μm, se
típicas de algunas sustancias fisiológicamente forma por la invaginación de un penacho de capilares hacia el
importantes extremo dilatado y ciego de la nefrona (cápsula de Bowman).
Los capilares reciben riego de una arteriola aferente y son
Sustancia Concentración Cociente U/P drenados por una arteriola eferente, la cual es un poco más
Glucosa (mg/100 ml) Orina (U) Plasma (P) 0 pequeña (fig. 38-2); a partir del glomérulo, se forma el filtra-
Na+ (meq/L) 0.6 do. Dos capas celulares separan la sangre del filtrado glomeru-
Urea (mg/100 ml) 0 100 lar en la cápsula de Bowman: el endotelio capilar y el epitelio
Creatinina (mg/100 ml) 90 140 especializado de la cápsula. El endotelio de los capilares glo-
merulares es fenestrado y presenta poros de 70 a 90 nm de diá-
900 15 60 metro. El endotelio de los capilares glomerulares se encuentra
150 1 150 rodeado completamente por la membrana basal glomerular
junto con células especializadas llamadas podocitos. Los po-
ANATOMÍA FUNCIONAL docitos tienen múltiples seudópodos que se interdigitan (fig.
38-2) para constituir hendiduras de filtración en la pared ca-
Nefrona pilar. Dichas hendiduras muestran una amplitud aproximada
de 25 nm y cada una está cerrada por una membrana delgada.
Cada túbulo renal individual y su glomérulo constituyen una La membrana basal glomerular, o lámina basal, no contiene
unidad (nefrona). El tamaño de los riñones entre las diferentes espacios o poros visibles. Las células estrelladas denominadas
especies es variable, lo mismo que el número de nefronas que células del mesangio se hallan entre la lámina basal y el endo-
contiene. Cada riñón humano tiene aproximadamente 1.3 mi- telio. Éstas son similares a las células llamadas pericitos, las
llones de nefronas. En la figura 38-1, se muestran las estructuras cuales se encuentran en las paredes de los capilares en otras
específicas de la nefrona de manera esquemática. partes del cuerpo. Las células del mesangio son muy frecuen-
tes entre dos capilares adyacentes y, en estos lugares, la mem-
Túbulo contorneado brana basal forma una vaina compartida por los dos capilares
distal (fig. 38-2). Las células del mesangio son contráctiles e inter-
vienen en la regulación de la filtración glomerular. Las células
Túbulo contorneado Túbulo colector del mesangio secretan la matriz extracelular, captan complejos
proximal inmunitarios y participan en la evolución de las enfermedades
glomerulares.
Glomérulo
Respecto de la función, la membrana glomerular hace posible
Corteza el paso libre de sustancias neutrales de hasta 4 nm de diámetro
y excluye casi por completo las que tienen un diámetro mayor
Médula de 8 nm. Sin embargo, las cargas en las moléculas lo mismo
externa que su diámetro generan un efecto a su paso hacia la cápsula de
Bowman. El área total del endotelio de los capilares glomerula-
Asa de Henle, res a través del cual ocurre la filtración en el ser humano es de
rama ascendente casi 0.8 m2.

gruesa En la figura 38-1, se muestran las características generales de
las células que constituyen las paredes de los túbulos. No obs-
Médula tante, existen subtipos celulares en todos los segmentos, y las
interna diferencias anatómicas entre ellos se correlacionan con las dife-
rencias en la función.
Asa de Henle,
rama descendente El túbulo contorneado proximal humano tiene una lon-
gitud de 15 mm, aproximadamente y 55 μm de diámetro. Su
FIGURA 381 Diagrama de una nefrona yuxtaglomerular. Se pared está constituida por una sola capa de células, las cuales
se interdigitan entre sí y se fijan por medio de uniones apicales
muestran también las principales características histológicas de las apretadas. Entre las bases de las células, se encuentran exten-
células que constituyen cada porción del túbulo. siones del espacio extracelular denominadas espacios interce-
lulares laterales. Los bordes luminales de las células poseen un
borde “en cepillo” estriado, formado por muchas microvello-
sidades.

El túbulo contorneado proximal se endereza y la siguiente
porción de cada nefrona corresponde al asa de Henle. La re-
gión descendente del asa y la parte proximal de la extremidad
ascendente están constituidas por células permeables delgadas.
Por otra parte, la porción gruesa de la rama ascendente (fig.
38-1) está formada por células gruesas que presentan muchas
mitocondrias. Las nefronas con glomérulos en las porciones
externas de la corteza renal poseen asas de Henle cortas (ne-
fronas corticales), en tanto aquéllas con glomérulos en la re-

A Túbulo proximal CAPÍTULO 38 Función renal y micción 641
Cápsula
Célula del Eritrocitos B Podocito
mesangio
Lámina basal Capilar
glomerular

Espacio de Bowman

Capilar

Células
yuxtaglomerulares

Prolongaciones Fibras nerviosas Prolongación
del podocito del podocito

Arteriola Arteriola Capilar Capilar Lámina
eferente aferente basal

Túbulo distal Músculo liso Citoplasma de la
célula endotelial
Mácula densa Célula del mesangio
D
C Lámina basal Endotelio
Prolongaciones
Lámina basal de los podocitos
Endotelio
Podocito Hendidura
de filtración

Fenestraciones Espacio de
Bowman

Luz capilar Lámina basal

FIGURA 382 Detalles estructurales del glomérulo. A) Corte a través del polo vascular que muestra las asas capilares. B) Relación de las cé-

lulas del mesangio y los podocitos con los capilares glomerulares. C) Detalle del modo en que los podocitos forman hendiduras de filtración en la
lámina basal y la relación de la lámina con el endotelio capilar. D) Crecimiento del rectángulo en C para demostrar las prolongaciones del podocito. El
material borroso en sus superficies es polianión glomerular.

gión yuxtamedular de la corteza (nefronas yuxtamedulares) tituir túbulos colectores; éstos poseen aproximadamente 20
tienen asas largas, las cuales se extienden hasta las pirámides mm de longitud y pasan a través de la corteza renal y la médula
medulares. En el ser humano, sólo 15% de las nefronas tiene para desembocar en la pelvis del riñón, en los vértices de las
asas largas. pirámides medulares. El epitelio de los túbulos colectores está
constituido por células principales (células P) y células inter-
El extremo grueso de la rama ascendente del asa de Henle caladas (células I). Las primeras, que son las predominantes,
llega al glomérulo de la nefrona de la cual se origina el túbulo se observan relativamente altas y presentan pocos organelos.
y se aloja entre sus arteriolas aferente y eferente. Las células es- Ellas intervienen en la reabsorción de iones sodio y en la de
pecializadas en el extremo forman la mácula densa, la cual está agua estimulada por la vasopresina. Las segundas, las cuales es-
cercana a la arteriola eferente y, sobre todo, a la aferente (fig. tán presentes en menor número y también se encuentran en
38-2). La mácula, las células lacis, las circunvecinas y las células los túbulos distales, tienen más microvellosidades, vesículas
yuxtaglomerulares secretoras de renina en la arteriola aferente citoplásmicas y mitocondrias. Ellas se ocupan de la secreción
forman el aparato yuxtaglomerular (fig. 39-9). de ácido y del transporte de bicarbonato (HCO3–). La longitud
total de las nefronas, incluidos los túbulos colectores, fluctúa
El túbulo contorneado distal comienza en la mácula den- entre 45 y 65 mm.
sa y tiene aproximadamente 5 mm de longitud. Su epitelio es
más bajo comparado con el del túbulo proximal y, aunque es- Las células renales que parecen tener una función secretora
tán presentes algunas microvellosidades, no hay un borde “en no sólo son las células yuxtaglomerulares, sino también algunas
cepillo” distintivo. Los túbulos distales se fusionan para cons-

642 SECCIÓN VIII Fisiología renal

de las células del tejido intersticial de la médula renal. Ambas mérulo. Los capilares experimentan coalescencia para formar la
se denominan células intersticiales medulares de tipo I. Éstas arteriola eferente, la cual, a su vez, se divide en capilares que
contienen gotitas de lípidos y quizá secretan prostaglandinas, riegan los túbulos (capilares peritubulares) antes de drenar ha-
sobre todo PGE2. La prostaglandina 2 también es generada por cia las venas interlobulillares. Por tanto, los segmentos arteriales
las células de los túbulos colectores; la prostaciclina (PGI2) y entre los glomérulos y los túbulos son, desde el punto de vista
otras prostaglandinas son secretadas por las arteriolas y los glo- técnico un sistema portal, y los capilares glomerulares consti-
mérulos. tuyen los únicos capilares del organismo que drenan hacia las
arteriolas. Sin embargo, existe relativamente escaso músculo liso
VASOS SANGUÍNEOS en las arteriolas eferentes.

En la figura 38-3, se muestra un esquema de la circulación renal. Los capilares que drenan los túbulos de las nefronas corticales
Las arteriolas aferentes son ramas cortas y rectas de las arterias forman una red peritubular, en tanto las arteriolas eferentes de
interlobulillares. Cada una se divide en múltiples ramas capila- los glomérulos yuxtamedulares drenan no sólo hacia la red peri-
res para formar el penacho de vasos que se encuentra en el glo- tubular, sino también hacia los vasos que forman asas delgadísi-
mas (los vasos rectos). Estas asas se sumergen en las pirámides
medulares adyacentes a las asas de Henle (fig. 38-3). Los vasos

Arteriola Corteza renal
eferente
Glomérulos
Arteriola superficiales
aferente
Vena interlobulillar
Arteria
interlobulillar Lecho capilar
peritubular
Glomérulo
yuxtamedular Vena Arteria
arqueada arqueada

Asa de Henle Vena
Vasos rectos interlobulillar
ascendentes
Vasos rectos Arteria
descendentes interlobulillar

Médula renal
(pirámide)

FIGURA 383 Circulación renal. Las arterias interlobulillares se dividen en arqueadas, que emiten arterias interlobulillares en la corteza. Las

arterias interlobulillares originan una arteriola aferente para cada glomérulo. La arteriola eferente de cada glomérulo se ramifica en capilares que
abastecen de sangre a los túbulos renales. La sangre venosa entra en las venas interlobulillares, la cual, a su vez, fluye por medio de las venas arquea-
das hasta las venas interlobulillares. (Modificada de Boron WF, Boulpaep EL: Medical Physiology. Saunders, 2003.)

CAPÍTULO 38 Función renal y micción 643

rectos descendentes poseen un endotelio no fenestrado, el cual sanguíneo renal puede medirse mediante flujómetros electro-
contiene un transportador facilitado para la urea y, los vasos rec-
tos ascendentes, presentan un endotelio fenestrado, compatible magnéticos o de otro tipo o se determina al aplicar el principio
con su función de conservar los solutos.
de Fick (cap. 33) al riñón; es decir, con la cuantificación de la
La arteriola eferente de cada glomérulo se divide en capilares
que riegan múltiples neuronas diferentes. Por ende, el túbulo de cantidad de una sustancia absorbida por unidad de tiempo y al
cada nefrona no necesariamente recibe sangre sólo de la arterio-
la eferente de la misma nefrona. En seres humanos, la superficie dividir este valor por la diferencia arteriovenosa de la sustancia a
total de los capilares renales es casi igual al área de superficie to-
tal de los túbulos y ambas miden alrededor de 12 m2. El volumen través del riñón. Dado que el riñón filtra el plasma, el flujo plas-
de sangre presente en los capilares renales en un determinado
momento es de 30 a 40 ml. mático renal equivale a la cantidad de una sustancia excretada

LINFÁTICOS por unidad de tiempo dividida por la diferencia arteriovenosa

Los riñones tienen un riego linfático abundante que drena a tra- renal, siempre y cuando la cantidad en los eritrocitos no se mo-
vés del conducto torácico hacia la circulación venosa en el tórax.
difique durante su paso a través del riñón. Cualquier sustancia
CÁPSULA
excretada puede utilizarse si se puede medir su concentración en
La cápsula renal es delgada pero firme. Si el riñón se vuelve
edematoso, la cápsula limita el edema y aumenta la presión del el plasma arterial y venoso renal, y si aquélla no es metabolizada,
tejido (presión intersticial renal). Esto disminuye la tasa de fil-
tración glomerular y al parecer intensifica y prolonga la anuria almacenada o producida por el riñón y, en sí, no afecta al flujo
en la insuficiencia renal aguda.
sanguíneo.
INERVACIÓN DE LOS VASOS RENALES
El flujo plasmático renal es susceptible de cuantificar me-
Los nervios renales pasan adyacentes a los vasos sanguíneos
renales conforme entran en el riñón; contienen muchas fibras diante la infusión de ácido p-aminohipúrico (PAH) y al valorar
eferentes simpáticas posganglionares y algunas fibras aferentes.
Asimismo, parece haber una inervación colinérgica a través del sus concentraciones en orina y plasma. El ácido p-aminohipúri-
nervio vago, pero es dudosa su función. La inervación pregan-
glionar simpática se deriva sobre todo de los segmentos dorsal co es filtrado por los glomérulos y secretado por las células tu-
inferior y lumbar alto de la médula espinal, y los cuerpos celu-
lares de las neuronas posganglionares se encuentran en la cade- bulares, de manera que su cociente de extracción (concentra-
na del ganglio simpático, en el ganglio mesentérico superior y a
lo largo de la arteria renal. Las fibras simpáticas se distribuyen ción arterial menos la concentración venosa renal dividida por
principalmente en las arteriolas aferente y eferente, los túbulos
proximal y distal, así como las células yuxtaglomerulares (cap. su concentración arterial) es elevada. Por ejemplo, cuando se
39). Además, hay una inervación noradrenérgica densa de la
rama ascendente gruesa del asa de Henle. suministra ácido p-aminohipúrico con infusión en dosis bajas,

Las aferentes nociceptivas que median el dolor en la nefro- 90% de éste en la sangre arterial es eliminado en un solo paso
patía siguen un trayecto paralelo a las eferentes simpáticas que
ingresan a la médula espinal en las raíces dorsales de la colum- a través del riñón. Por tanto, se ha vuelto un lugar común calcu-
na dorsal y lumbar superior. Otras aferentes renales al parecer
median un reflejo renorrenal por el cual un incremento de la lar el “flujo plasmático renal” al dividir la cantidad de ácido p-
presión ureteral de un riñón, lleva a una disminución de la ac-
tividad del nervio eferente en el riñón contralateral; esta reduc- aminohipúrico en la orina por la concentración plasmática del
ción permite un incremento en la excreción de sodio ionizado
y agua. mismo, haciendo caso omiso de la concentración en la sangre

CIRCULACIÓN RENAL venosa renal. Se puede utilizar el plasma venoso periférico ya

FLUJO SANGUÍNEO que su concentración de este ácido es esencialmente idéntica

En un adulto en reposo, los riñones reciben 1.2 a 1.3 L de sangre a la que se encuentra en el plasma arterial que llega al riñón.
por minuto, o un poco menos del 25% del gasto cardiaco. El flujo
El valor obtenido debe llamarse flujo plasmático renal efecti-

vo (ERPF) para indicar que no se midió la concentración en el

plasma venoso renal. En seres humanos, dicho flujo promedia

alrededor de 625 ml/min.

ERPF = UPAHV· = Aclaramiento de PAH (CPAH)
PPAH

Ejemplo:

Concentración de ácido p-aminohipúrico en la orina (UPAH):
14 mg/ml
Flujo de (V· ):
orina 0.9 ml/min

Concentración de ácido p-aminohipúrico en el plasma (PPAH):
0.02 mg/ml

ERPF = 14 × 0.9
0.02

= 630 ml/min

Cabe hacer notar que el flujo plasmático renal efectivo deter-
minado de esta manera corresponde al aclaramiento del ácido
p-aminobutírico. Más adelante se describe con detalle el concep-
to del aclaramiento.

El flujo plasmático renal efectivo puede convertirse en el flujo
plasmático renal (RPF) efectivo:

Cociente de extracción de ácido p-aminobutírico promedio: 0.9
ERP 630

Cociente de extracción = 0.9 = RPF efectivo = 700 ml/min

644 SECCIÓN VIII Fisiología renal

A partir del flujo plasmático renal, con el cual es posible calcu- CUADRO 382 Respuestas renales a la estimulación
lar el flujo sanguíneo renal al dividir por 1, menos el hematócrito: gradual del nervio renal

Hematócrito (Hct): 45% Frecuencia RSRa UNAV GFR RBFa
1 de 0 0 0
estimulación
Flujo sanguíneo renal = RPF × 1‒Hct del nervio
renal
1
= 700 × 0.55 (Hz)

= 1 273 ml/min 0.25 Ningún efecto sobre los
valores basales; aumenta el
PRESIÓN EN LOS VASOS RENALES RSR mediado por estímulos
no neurales.
Se ha medido directamente la presión de los capilares glomeru-
lares en las ratas y se ha observado que es bastante más baja que 0.50 Aumentado sin modificación 0 0 0
la prevista, basándose en mediciones indirectas. Cuando la me-
dia de la presión arterial periférica tiene cifras de 100 mmHg, la de UNAV, GFR o RBF.
presión en los capilares glomerulares corresponde a 45 mmHg,
aproximadamente. La presión desciende a través del glomérulo 1.0 Incrementado con ↓00
sólo 1 a 3 mmHg, pero surge un decremento adicional en la ar-
teriola eferente, de manera que la presión en los capilares peritu- disminución o ningún
bulares es igual a cerca de 8 mmHg. La presión en la vena renal
tiene valores de cerca de 4 mmHg. Los gradientes de presión son cambio en GFR o RBF.
similares en los monos “ardilla” y probablemente en los seres
humanos, con una presión en los capilares glomerulares que co- 2.50 Aumentado con disminución ↓ ↓ ↓
rresponde a casi 40% de la presión arterial periférica. de UNAV, GFR, y RBF.

REGULACIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO RENAL aRSR, tasa de secreción de renina, excreción urinaria de sodio; RBF, flujo sanguíneo renal;
GFR, tasa de filtración glomerular.
La noradrenalina constriñe los vasos renales y su máximo efecto
inyectada ocurre en las arterias interlobulillares y en las arterio- Tomado de DiBona GF: Neural control of renal function: Cardiovascular implications. Hy-
las aferentes. El riñón necesita dopamina y produce vasodilata- pertension 1989;13:539. Con permiso de la American Heart Association.
ción renal y natriuresis. La angiotensina II lleva a cabo su efecto
constrictor sobre las arteriolas aferente y eferente. Las prosta- los nervios renales en el metabolismo del sodio ionizado, lo cual
glandinas aumentan el flujo sanguíneo de la corteza renal y dis- en parte se debe a que casi todas las funciones renales parecen
minuyen el flujo sanguíneo de la médula renal. La acetilcolina normales en los pacientes con riñones trasplantados, y es necesario
también genera vasodilatación renal. Una dieta rica en proteínas que transcurra algún tiempo para que dichos riñones adquieran
aumenta la presión de los capilares glomerulares e incrementa el una inervación funcional.
flujo sanguíneo del riñón.
La potente estimulación de los riñones por los nervios nora-
FUNCIONES DE LOS NERVIOS RENALES drenérgicos simpáticos origina una reducción intensa del flujo
sanguíneo renal. Este efecto es mediado por los receptores adre-
La estimulación de los nervios renales aumenta la secreción de nérgicos α1 y, en menor grado, por los receptores adrenérgicos
renina por una acción directa de la noradrenalina liberada en los α2 postsinápticos. Alguna descarga tónica ocurre en los nervios
receptores adrenérgicos β1 en las células yuxtaglomerulares (cap. renales en reposo en animales y seres humanos. Cuando desciende
39) y aumenta la reabsorción de iones sodio, probablemente por la presión arterial sistémica, la respuesta vasoconstrictora producida
una acción directa de la noradrenalina sobre las células de los por una disminución de la descarga de los nervios barorreceptores,
túbulos renales. Los túbulos proximal y distal, así como la rama comprende una vasoconstricción renal. El flujo sanguíneo renal
ascendente gruesa del asa de Henle tienen abundante inervación. se reduce durante el ejercicio y, en menor grado, al levantarse desde
Cuando los nervios renales son estimulados en grado creciente la posición de decúbito supino.
en animales de experimentación, la primera respuesta es un
incremento de la sensibilidad de las células yuxtaglomerulares AUTORREGULACIÓN DEL FLUJO
(cuadro 38-2), seguido de mayor secreción de renina, luego un SANGUÍNEO RENAL
aumento de la reabsorción de iones sodio y, por último, en el
umbral más alto, vasoconstricción renal con disminución de la Cuando el riñón recibe un flujo sanguíneo a presiones modera-
filtración glomerular y del flujo sanguíneo renal. Todavía no se das (90 a 220 mmHg en el perro), la resistencia vascular renal
sabe si el efecto sobre la reabsorción de sodio es mediado por varía con la presión de manera que el flujo sanguíneo renal es re-
los receptores adrenérgicos α o β y quizá sea mediado por los lativamente constante (fig. 38-4). La autorregulación de este tipo
dos. Tampoco se ha dilucidado la participación funcional de ocurre en estos órganos y varios factores contribuyen a ello (cap.
33). La autorregulación renal se presenta en riñones desnervados
y en los aislados sin riego sanguíneo, pero la impide la utilización
de fármacos que paralizan el músculo liso vascular. Aquélla tal
vez se produce, en parte, por una respuesta contráctil directa para
distender el músculo liso de la arteriola aferente. Quizá también
intervenga el óxido nítrico (NO). Asimismo, a presiones de per-
fusión bajas, la angiotensina II parece participar al constreñir las
arteriolas eferentes y, por tanto, al conservar la tasa de filtración

CAPÍTULO 38 Función renal y micción 645

800 una sustancia que se filtre libremente a través de los glomérulos
Flujo sanguíneo renal
sin ser secretada ni reabsorbida por los túbulos. La cantidad de tal
600
sustancia en la orina por unidad de tiempo debe proporcionarla
400
la filtración exacta del volumen de mililitros de plasma que con-
200 Filtración glomerular
tenía aquella cantidad. Por ende, si se designa la sustancia con la
0
70 140 210ml/min letra X, e(lUfXil)trpaodroegl lfolumjoeruurlainraerqiuoivpaolreuanliadcaodndceentitermacpióon(Vd· e) X en
Presión arterial (mmHg) la orina UdiXvVi·-/

FIGURA 384 Autorregulación en los riñones. didos por la concentración plasmática arterial de X (PX) o
PX. Este valor se denomina aclaramiento de X (CX). Desde luego,
glomerular. Se considera que ésta es la explicación de la insufi- PX es igual en todas las partes de la circulación arterial y si X no
ciencia renal, la cual a veces sobreviene en los pacientes con un experimenta ningún metabolismo en los tejidos, la concentración
flujo sanguíneo renal deficiente que son tratados con fármacos
inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina. de X en el plasma de sangre venosa periférica puede sustituir a la

FLUJO SANGUÍNEO RENAL cifra plasmática en la sangre arterial.
Y CONSUMO DE OXÍGENO
SUSTANCIAS UTILIZADAS PARA MEDIR
La principal función de la corteza renal es la filtración de gran- LA TASA DE FILTRACIÓN GLOMERULAR
des volúmenes de sangre a través de los glomérulos, de manera
que no es sorprendente que el flujo sanguíneo de la corteza renal Además del requisito de filtrarse libre y de no ser resorbida ni
sea relativamente considerable y que se extraiga poco oxígeno secretada en los túbulos, una sustancia apropiada para medir el
de la sangre. El flujo sanguíneo cortical asciende a casi 5 ml/g de filtrado glomerular no debe ser tóxica y tampoco ha de ser me-
tejido renal por minuto (en comparación con 0.5 ml/g/min en tabolizada por el organismo. La inulina, un polímero de fructosa
el cerebro) y la diferencia del oxígeno de sangre arteriovenosa con un peso molecular de 5 200, presente en las alcachofas de Je-
en todo el riñón es de sólo 14 ml/L de sangre, en comparación rusalén (Helianthus tuberosus), satisface estos criterios en los seres
con 62 ml/L para el cerebro y 114 ml/L para el corazón (cuadro humanos y en la mayoría de los animales, y se utiliza ampliamente
34-1). La Po2 de la corteza renal tiene valores de casi 50 mmHg. para cuantificar el filtrado glomerular. En la práctica, se aplica por
Por otra parte, la conservación del gradiente osmótico en la mé- vía intravenosa una dosis de carga (bolo) de inulina, seguida de
dula renal requiere un flujo sanguíneo relativamente bajo. Por una infusión continua para mantener constante la concentración
tanto, no es de sorprender que el flujo sanguíneo sea de casi 2.5 en plasma arterial. Después que se equilibra la inulina con los lí-
ml/g/min en la porción externa de la médula y de 0.6 ml/g/min quidos corporales, se obtiene una muestra de orina en un periodo
en la porción interna de la médula. Sin embargo, se realiza un exacto y se consigue una muestra de plasma en el momento in-
trabajo metabólico, sobre todo para reabsorber sodio ionizado termedio durante la recolección. Se evalúan las concentraciones
en la rama ascendente gruesa del asa de Henle, de manera que plasmáticas y urinarias de inulina y se calcula el aclaramiento:
cantidades de oxígeno relativamente grandes son extraídas de la
sangre en la médula renal. La Po2 de la médula tiene cifras de casi UIN = 35 mg/ml
15 mmHg. Esto hace que la médula sea vulnerable a la hipoxia V· = 0.9 ml/min
si se reduce más el flujo sanguíneo. El óxido nítrico, las pros-
taglandinas y muchos péptidos cardiovasculares en esta región PIN = 0.25 mg/ml
funcionan de una manera paracrina para preservar el equilibrio UIN V·
entre el flujo sanguíneo bajo y las necesidades metabólicas. CIN = PIN = 35 × 0.9
0.25
FILTRACIÓN GLOMERULAR
CIN = 126 ml/min
MEDICIÓN DE LA TASA DE FILTRACIÓN
GLOMERULAR En perros, gatos y conejos y en otras especies de mamíferos, el

La tasa de filtración glomerular (GFR) puede medirse en anima- aclaramiento de creatinina (CCr) también puede utilizarse para
les de experimentación y en seres humanos sin lesiones mediante conocer el filtrado glomerular preciso, pero en los primates, in-
la cuantificación de la excreción y la concentración plasmática de
cluidos los seres humanos, los túbulos secretan algo de creatinina
y puede reabsorberse una parte de la misma. Además, las valora-
ciones de creatinina plasmática son inexactas a concentraciones

bajas de esta sustancia en virtud de que el método para evaluarla

mide pequeñas cantidades de otros complementos plasmáticos.

Pese a esto, en los pacientes a menudo se cuantifica la depuración

de creatinina endógena. Los valores coinciden muy bien con las

cifras del filtrado glomerular que se determinan claonUlCarVi·nucolimnao;
esto se debe a que, aun con el valor elevado de

consecuencia de la secreción tubular, la cifra para la PCr también
es alta como resultado de cromógenos inespecíficos y, por tanto,

los errores tienden a neutralizarse. El aclaramiento endógeno de

creatinina es fácil de definir y constituye un índice valioso de la
función renal, pero cuando se necesitan mediciones precisas del
filtrado glomerular, no parece conveniente basarse en un méto-

do cuya precisión se debe a la compensación de errores.