ganong-fisiologia-medica-24-edicion-www-galenious-com

CAPÍTULO 34 Introducción a la estructura y la mecánica pulmonar 635

Aire inspirado Aire espirado Nivel N2O
alveolar O2
O2 158.0 O2 116.0
CO2 0.3 CO2 32.0 Presión parcial
H2O 5.7 H2O 47.0
N2 596.0 N2 565.0

Espacio muerto O2 100.0
Alveolos CO2 40.0
H2O 47.0

N2 573.0

FIGURA 3415 Presiones parciales de gases (mmHg) en diversas CO

zonas del aparato respiratorio. Se incluyen las típicas presiones 0 0.25 0.50 0.75
parciales correspondientes al aire inspirado, al aire alveolar y al aire Tiempo de paso por capilares (s)
espirado. Consúltese el texto en busca de detalles.

COMPOSICIÓN DEL AIRE ALVEOLAR FIGURA 3416 Captación de varias sustancias durante el lapso

El oxígeno se difunde continuamente desde el gas en los alveolos y de 0.75 segundos en que están en tránsito por un capilar
pasa a la corriente sanguínea, y el fenómeno contrario ocurre con pulmonar. N2O no se fija a la sangre, de tal forma que su presión parcial
CO2 que se difunde ininterrumpidamente al interior de los alveolos, en ella aumenta rápidamente hasta su presión parcial dentro del alveolo.
desde la sangre. En el estado de equilibrio dinámico el aire inspirado Por lo contrario, CO es captado ávidamente por los eritrocitos de modo
se mezcla con el gas alveolar y reemplaza al O2 que penetró en la que su presión parcial alcanza sólo una fracción de su presión parcial
sangre y diluye a CO2 que se incorporó a los alveolos. Parte de dentro de los alveolos. O2 ocupa un sitio intermedio entre los dos
la mezcla es gas espirado. El contenido de O2 del gas alveolar dismi- compuestos anteriores.
nuye y su contenido de CO2 aumenta hasta la siguiente inspiración.
El volumen de gas en los alveolos aproximadamente es de 2 litros al La capacidad de difusión del pulmón en lo que toca a un gas
final de la espiración (FRC), y por ello cada aumento de 350 ml de particular, es directamente proporcional al área de superficie de la
aire inspirado y espirado ejerce un efecto relativamente pequeño en membrana alveolocapilar e inversamente proporcional a su espesor.
PO2 y PCO2. Por ello, la composición del gas alveolar permanece La capacidad de difusión de CO (Dlco) se mide en la forma de razón
en nivel extraordinariamente constante, no sólo en el reposo sino de capacidad de difusión porque su captación está limitada por la
también en otras situaciones diversas. difusión. La Dlco es proporcional a la cantidad de CO que penetra
en la sangre (Vco) dividido entre la presión parcial de CO en los
DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA alveolos, lo que se resta de la presión parcial de CO en la sangre que
ALVEOLOCAPILAR llega a los capilares pulmonares. Salvo en los fumadores inveterados
(arraigados o crónicos) este último término se acerca a cero de tal
Los gases se difunden desde los alveolos hasta la sangre de los capila- forma que puede ser descartado y la ecuación se torna del siguiente
res pulmonares y en sentido contrario a través de la fina membrana modo:
alveolocapilar compuesta de epitelio pulmonar, el endotelio capilar y
sus membranas basales “fusionadas” (fig. 34-3). El hecho de que las t
sustancias en cuestión que pasan de los alveolos a la sangre capilar
alcancen equilibrio en 0.75 segundos, que es el tiempo que tarda la DLCO = VCO
sangre en atravesar los capilares pulmonares en el reposo, dependerá PACO
de su reacción con las sustancias presentes en la sangre. De este modo,
por ejemplo, el óxido nitroso, gas anestésico (N2O), no reacciona y La cifra normal de Dlco en el reposo es de 25 ml/min/mmHg,
alcanza equilibrio aproximadamente en 0.1 segundo (fig. 34-16). En aproximadamente. Aumenta incluso tres veces durante el ejercicio
la situación mencionada, la cantidad de N2O captado no está limitada por la dilatación capilar y el incremento en el número de capilares
por la difusión sino por la cantidad de sangre que fluye a través de los activos. PO2 del aire alveolar normalmente es de 100 mmHg y PO2
capilares pulmonares, es decir, está limitada por el flujo. Por otra de la sangre que penetra en los capilares pulmonares es de 40 mmHg.
parte, el monóxido de carbono (CO) es captado por la hemoglobina en La capacidad de difusión de O2, a semejanza de la de CO en el repo-
los eritrocitos a una velocidad tan alta que la presión parcial de CO so, es de 25 ml/min/mmHg, aproximadamente y PO2 de sangre
en los capilares queda en nivel muy bajo y no se logra el equilibrio en aumenta a 97 mmHg, cifra que está por debajo de la de PO2 alveolar.
los 0.75 segundos que la sangre está en los capilares pulmonares. En
consecuencia, la transferencia de CO no está limitada por el riego La PCO2 de la sangre venosa es de 46 mmHg, en tanto que la del
sanguíneo en el reposo, sino que está limitada por la difusión. El O2 aire alveolar es de 40 mmHg y CO2 difunde desde la sangre a los
queda en un punto intermedio entre N2O y CO; es captado por la alveolos, siguiendo este gradiente. La PCO2 de la sangre que sale de
hemoglobina pero con mucha menor avidez que el CO, y llega a un los pulmones es de 40 mmHg. El CO2 pasa a través de todas las
equilibrio con la sangre capilar aproximadamente en 0.3 segundos; de membranas biológicas, en forma fácil y la capacidad de difusión del
este modo, su captación está limitada por el riego sanguíneo. pulmón en lo que se refiere a CO2, es mucho mayor que la capacidad
que corresponde al O2. Por la razón anterior, rara vez la retención de
CO2 constituye un problema en sujetos con fibrosis alveolar, incluso
si es intensa la disminución de la capacidad de difusión de O2.

636 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

CIRCULACIÓN PULMONAR En el vértice

VASOS PULMONARES La presión intrapleural
es más negativa
El lecho vascular pulmonar se asemeja al sistémico, salvo que el
espesor de las paredes de la arteria pulmonar y sus grandes ramas es La presión transmural
de 30%, en promedio, del de la aorta, y los vasos arteriales finos es mayor
como las arteriolas sistémicas son tubos endoteliales que tienen muy
poco músculo en su pared. La pared de los vasos poscapilares tam- Alveolos grandes
bién contiene moderadamente músculo liso. Los capilares pulmona- Menor presión
res son gruesos y generan múltiples anastomosis de tal forma que
cada alveolo queda en medio de una “canastilla” de capilares. intravascular
Menor flujo

sanguíneo
En consecuencia,

disminución
de la ventilación
y perfusión

PRESIÓN, VOLUMEN Y FLUJO FIGURA 3417 Esquema de diferencias normales en la

Con dos excepciones cuantitativamente menores, la sangre expulsada ventilación y perfusión pulmonar en un sujeto erecto. Las zonas
del ventrículo izquierdo retorna a la aurícula derecha y se expulsa demarcadas representan los cambios en el tamaño de alveolos (no su
por el ventrículo de ese mismo lado, de tal forma que los vasos pulmo- tamaño real). Adviértase el cambio gradual en el tamaño de los alveolos
nares tienen la peculiaridad de que “acomodan” flujo sanguíneo que desde el vértice hasta la base. Se señalan las diferencias características
prácticamente es igual al de los demás órganos del cuerpo. Una de las de los alveolos en el vértice del pulmón. (Con autorización de Levitzky MG:
excepciones sería parte del flujo bronquial. Se identifican anastomosis
entre los capilares bronquiales y capilares y venas pulmonares, y a Pulmonary Physiology, 6th ed. McGraw-Hill, 2003.)
pesar de que parte de la sangre bronquial llega a las venas bronquiales,
una parte penetra en capilares y venas pulmonares esquivando el ven- vértice de los pulmones se acerca a la atmosférica, en los alveolos. La
trículo derecho. La otra excepción sería la sangre que fluye desde las presión de arteria pulmonar normalmente basta para conservar el
arterias coronarias a las dos cámaras de la mitad izquierda del cora- riego pero si disminuye o aumenta la presión alveolar algunos de los
zón. Dado el pequeño cortocircuito fisiológico creado por las dos capilares se colapsan. En estas circunstancias, en los alveolos afecta-
excepciones, la sangre en las arterias de la circulación general o sisté- dos no se produce intercambio alguno de gases y terminan por ser
mica tiene PO2 2 mmHg menor que el de la sangre equilibrada con parte del espacio muerto fisiológico.
aire alveolar, y la saturación de hemoglobina es 0.5% menor.
En las zonas medias de los pulmones la presión de arteria pul-
En la figura 34-6C se incluye la presión en las diversas zonas de monar y capilares rebasa la presión alveolar, pero la presión en las
la porción pulmonar de la circulación pulmonar. El gradiente de pre- venillas pulmonares puede ser menor que la alveolar durante la espi-
sión en el aparato pulmonar es de 7 mmHg, en promedio, en compa- ración normal, de modo que se colapsan. En las circunstancias ante-
ración con el de 90 mmHg, aproximadamente, en la circulación riores, el flujo sanguíneo depende de la diferencia de tensiones
general. La presión capilar pulmonar es de 10 mmHg, aproximados, arteria pulmonar-alveolos y no de la diferencia de arteria/vena pul-
en tanto que la presión oncótica es de 25 mmHg, de tal forma que el monares. Más allá de la zona de constricción la sangre “cae” en las
gradiente de presión dirigido hacia adentro, de 15 mmHg, aproxi- venas pulmonares que son distensibles y reciben cualquier cantidad
madamente, conserva los alveolos sin que tengan una capa delgada de sangre que la constricción les permite obtener; a esto se le deno-
de líquido. Cuando la presión capilar pulmonar excede de 25 mmHg mina efecto de cascada. Obviamente, disminuye la compresión de
surgirá congestión y edema pulmonar. los vasos producida por la presión alveolar y el flujo sanguíneo pul-
monar aumenta conforme lo hace la presión arterial hacia la base del
El volumen de sangre en los vasos pulmonares en cualquier pulmón. En las zonas inferiores de los pulmones la presión alveolar
momento es aproximadamente de 1 litro, y de él menos de 100 ml es menor que la que priva en todas las partes de la circulación pul-
está en los capilares. La velocidad media de la sangre en la base de la monar, y el flujo sanguíneo depende de la diferencia tensional arte-
arteria pulmonar es la misma que la observada en la aorta (en pro- rial/venosa. En el Recuadro clínico 34-4 se señalan ejemplos de
medio, 40 cm/s). Disminuye en forma rápida y después aumenta un enfermedades que afectan la circulación pulmonar.
poco de nuevo, en las venas pulmonares de mayor calibre. Un eritro-
cito necesita casi 0.75 s para “atravesar” los capilares pulmonares en RAZÓN VENTILACIÓN/PERFUSIÓN
el reposo y 0.3 s o menos durante el ejercicio.
La razón ventilación/perfusión pulmonar en lo que toca al pulmón
EFECTO DE LA FUERZA DE GRAVEDAD en su totalidad en reposo es de casi 0.8 (ventilación, 4.2 L/min divi-
dido entre 5.5 L/min, del flujo sanguíneo [perfusión]). Sin embargo,
La fuerza de gravedad ejerce un efecto relativamente importante en en dicha razón ventilación/perfusión existen diferencias relativa-
la circulación pulmonar. En el sujeto erecto las zonas superiores de mente importantes en varias zonas del pulmón normal como conse-
los pulmones están por arriba del nivel del corazón, y las bases pul- cuencia del efecto de la fuerza de gravedad, y en las enfermedades
monares están al mismo nivel o por debajo del mismo. En conse-
cuencia, en las zonas superiores mencionadas, es menor el flujo
sanguíneo, son mayores los alveolos y la ventilación es menor de la
que existe en la base (fig. 34-17). La presión en los capilares en el

CAPÍTULO 34 Introducción a la estructura y la mecánica pulmonar 637

RECUADRO CLÍNICO 34-4 las zonas superiores de tales órganos. Cuando es generalizada la des-
igualdad de la ventilación y el riego en los pulmones puede ocasio-
Enfermedades que afectan la circulación nar retención de CO2 y aminorar PO2 arterial sistémica.
pulmonar
Hipertensión de la pulmonar REGULACIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO
PULMONAR
La hipertensión idiopática sostenida de la pulmonar puede
aparecer en cualquier edad. A semejanza de la hipertensión No hay certeza de si las venas y las arterias pulmonares son reguladas
arterial sistémica, es un síndrome con múltiples causas. Sin en forma separada, a pesar de que la constricción de las venas incre-
embargo, los orígenes son distintos de los que inducen la menta la presión capilar pulmonar y la constricción de las arterias
hipertensión sistémica; comprenden hipoxia, inhalación de aumenta la carga en la mitad derecha del corazón.
cocaína, administración de dexfenfluramina y de fármacos
anorexígenos repetidos que aumentan la serotonina extracelu- El flujo sanguíneo pulmonar es modificado por factores activos
lar y también el lupus eritematoso sistémico. Algunos casos y pasivos. Los vasos pulmonares cuentan con una abundante inerva-
son de índole familiar y al parecer dependen de mutaciones ción de fibras del sistema autónomo y la estimulación de los ganglios
que incrementan la sensibilidad de los vasos pulmonares a fac- simpáticos cervicales disminuye incluso 30% del flujo sanguíneo
tores de crecimiento u originan deformaciones en el árbol vas- pulmonar. Los vasos también reaccionan a agentes humorales circu-
cular pulmonar.
CUADRO 343 Receptores que afectan el músculo liso
Todas las entidades patológicas mencionadas hacen que
aumente la resistencia vascular pulmonar. Si no se emprende en arterias y venas pulmonares
tratamiento apropiado, la poscarga mayor de ventrículo dere-
cho al final originará insuficiencia de la mitad derecha del cora- Receptor Subtipo Respuesta Dependencia
zón y muerte. La administración de vasodilatadores como la del endotelio
prostaciclina y sus análogos es eficaz. Hasta fecha reciente se
les administraba por goteo endovenoso continuo, pero se dis- Sistema nervioso autónomo
pone de preparados en aerosol que al parecer son eficaces.
Adrenérgico α1 Contracción No
frecuentemente hay cambios locales en esta razón. Si disminuye la α2 Relajación Sí
ventilación que llega al alveolo, en relación con el riego que recibe, Muscarínico β2 Relajación Sí
PO2 en el alveolo disminuye porque a él llega una cantidad menor de Purinérgico
O2 y PCO2 aumenta porque se expulsa una menor cantidad de CO2. Taquicinina M3 Relajación Sí
Por lo contrario, si disminuye el riego en relación con la ventilación, VIP
aminorará PCO2, porque llega una menor cantidad de CO2 y aumen- P2x Contracción No
ta PO2 porque a la sangre llega una menor cantidad de oxígeno. Los P2y Relajación Sí
efectos anteriores se resumen en la figura 34-18.
NK1 Relajación Sí
Como se destacó, la ventilación y la perfusión en el sujeto erec- NK2 Contracción No
to disminuyen en forma lineal desde la base hasta el vértice de los
pulmones. Sin embargo, la razón ventilación/perfusión es grande en ? Relajación ?

CGRP ? Relajación No

Humoral

PCO2 (mmHg)50 _O A Adenosina A1 Contracción No
rV Angiotensina II A2 Relajación No
r ANP
r Bradicinina AT1 Contracción No
r Endotelina
Disminución de VA/Q Normal Histamina ANPA Relajación No
5-HT ANPB Relajación No
Incremento de VA/Q Tromboxano
Vasopresina B1? Relajación Sí
0 50 100 150 B2 Relajación Sí
PO2 (mmHg)
ETA Contracción No
FraIzGóUn RveAnt3il4ac1ió8n/pEfeercfutossiódne(lV·aAd/Qi·s)meinnPuCciOó2nyoPeOl 2inecnreumneanlvtoeodleo.laLos ETB Relajación Sí

esquemas por arriba de la curva representan el alveolo y un capilar H1 Relajación Sí
H2 Relajación No
pulmonar, y las zonas en rojo oscuro indican los sitios de bloqueo. Con la
5-HT1 Contracción No
aocbesrtcruanccaiólansccoifmrapsleptraopdiealscdoendlauscatnogqrueevellengoasaaml ailxvteao(lVo–,).PCCoOn2 y PO2 se 5-HT1C Relajación Sí
el bloqueo
TP Contracción No

V1 Relajación Sí

total del riego, PCO2 y PO2 se acercan a los valores que privan en el aire Con autorización de Barnes PJ, Lin SF: Regulation of pulmonary vascular tone.
inspirado. (Con autorización de West JB: Ventilation/Blood Flow and Gas Exchange, 5th Pharmacol Rev 1995;47-88.

ed. Blackwell, 1990.)

638 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

lantes. En el cuadro 34-3 se resumen algunos de los receptores que CUADRO 344 Sustancias biológicamente activas

intervienen en tal fenómeno y su efecto en el músculo liso de pulmo- metabolizadas por los pulmones

nes. Muchas de las respuestas dilatadoras dependen del endotelio y Sintetizadas y usadas en los pulmones

probablemente se producen por la liberación del óxido nítrico (NO). Agente tensioactivo

Algunos efectos pasivos como el gasto cardiaco y las fuerzas Sintetizadas o almacenadas y liberadas en la sangre

gravitacionales ejercen efectos notables en el flujo sanguíneo pulmo- Prostaglandinas
Histamina
nar. Los cambios locales en O2 generan ajustes de riego/ventilación Calicreína
en ese sitio. Con el ejercicio, aumenta el gasto cardiaco y también la
Extraídas parcialmente de la sangre
presión de arteria pulmonar. Se desplazan más eritrocitos por los
Prostaglandinas
pulmones, sin disminución alguna en la saturación de O2 de la Bradicinina
hemoglobina en ellos, y en consecuencia, aumenta la cantidad total Nucleótidos de adenina
Serotonina
de O2 que llega a la circulación sistémica. Los capilares se dilatan y Noadrenalina
los que antes recibían menor cantidad de sangre son “sometidos” Acetilcolina

para transportar sangre. El efecto neto es un incremento extraordi- Activadas en los pulmones

nario en el flujo sanguíneo pulmonar con escasas alteraciones (si las Angiotensina I → angiotensina II

hay), en los estímulos del sistema autónomo que llegan a los vasos capilares. En la superficie de las células endoteliales de los pulmones
se han identificado otras cuatro peptidasas, aunque no hay certeza
pulmonares. de su actividad fisiológica plena.

En caso de obstrucción de un bronquio o bronquiolo surge La eliminación de la serotonina y la noradrenalina aminora la
cantidad de dichas sustancias vasoactivas que llegan a la circulación
hipoxia en los alveolos subventilados, más allá del punto de obstruc- general. Sin embargo, otras hormonas vasoactivas pasan por los pul-
mones sin ser metabolizadas; incluyen adrenalina, dopamina, oxito-
ción. La deficiencia de O2 al parecer actúa de manera directa en el cina, vasopresina y angiotensina II. Además, células neuroendocrinas
músculo liso de vasos en el área, para producir su constricción, y de los pulmones secretan aminas y polipéptidos.

desviación de sangre, al alejarla del área hipóxica. La acumulación

de CO2 hace que disminuya pH en el área y tal fenómeno también
origina vasoconstricción en los pulmones, a diferencia de la vasodi-

latación que produce tal fenómeno en otros tejidos. Por lo contrario,

la disminución del flujo sanguíneo a una zona del pulmón disminu-

ye PCO2 alveolar en esa área, lo cual origina constricción de los
bronquios que a ella llegan, de modo que la ventilación se aleja del

área con poca perfusión. La hipoxia sistémica también ocasiona la

constricción de arteriolas pulmonares con incremento resultante en

la presión de arteria pulmonar.

FUNCIONES METABÓLICAS RESUMEN DEL CAPÍTULO
Y ENDOCRINAS DE LOS PULMONES
■ El aire penetra en el aparato respiratorio en la zona superior del
Los pulmones, además de sus funciones en el intercambio gaseoso, mismo, sigue por la zona conductora y pasa al segmento
desempeñan diversas funciones metabólicas. Sintetizan el agente respiratorio donde termina en los alveolos. El área transversal de
tensioactivo para consumo local, como se comentó antes. Contienen las vías mencionadas aumenta poco a través de la zona de
un sistema fibrinolítico que causa lisis de coágulos en los vasos pul- conducción para aumentar de modo rápido al pasar de la
monares. Liberan sustancias diversas que se incorporan a la sangre zona de conducción a la zona respiratoria.
arterial general (cuadro 34-4), y eliminan otras sustancias de la san-
gre venosa sistémica que a ellos llegan por la arteria pulmonar. Las ■ El mecanismo mucocilar ascendente en la porción de conducción
prostaglandinas son eliminadas de la circulación, pero también son de las vías respiratorias permite eliminar partículas de la tercera
sintetizadas en los pulmones y liberadas en la sangre cuando se dis- zona (respiratoria).
tiende el tejido pulmonar.
■ Se cuenta con cuantificaciones importantes del volumen
Los pulmones intervienen en forma importante en la activación pulmonar como son: volumen ventilatorio (o al final de la
de la angiotensina. La angiotensina I, decapéptido fisiológicamente espiración); volumen inspiratorio; volumen de reserva espiratoria;
inactivo, es transformada en la angiotensina II, un octapéptido esti- capacidad vital forzada (FVC); volumen espiratorio forzado en un
mulante de aldosterona y con función presora, en la circulación pul- segundo (FEV1); volumen espiratorio por minuto y ventilación
monar. La reacción anterior también se genera en otros tejidos, pero voluntaria máxima.
es particularmente intensa en los pulmones. En la superficie de las
células endoteliales de los capilares pulmonares se sitúan grandes ■ La “presión de impulsión” neta para el desplazamiento de aire al
cantidades de la enzima convertidora de angiotensina encargada de interior de los pulmones comprende la fuerza de la contracción
tal activación. Esta enzima también inactiva la bradicinina. El tiem- rmesuisscteunlacri,aladerevtíraascrceióspniroadtoisrtiaens s(iΔbPil/i(dΔaVd. )p.ulmonar (ΔP/(ΔV) y la
po de circulación por los capilares pulmonares es menor de un
segundo, a pesar de que 70% de la angiotensina I que llega a los pul- ■ El agente tensioactivo disminuye la tensión superficial en los
mones es transformada en angiotensina II en un solo paso por los alveolos y evita que se desinflen.

■ No todo el aire que penetra en las vías respiratorias es sometido a
intercambio gaseoso. Las regiones en que no se produce

CAPÍTULO 34 Introducción a la estructura y la mecánica pulmonar 639

intercambio de gases reciben el nombre de “espacio muerto”. La C) la cantidad de aire espirado después del esfuerzo espiratorio
porción conductora representa el espacio muerto anatómico. máximo.
Dicho espacio puede aumentar en reacción a enfermedades que
entorpecen el intercambio aéreo en la zona respiratoria o tercera D) la cantidad de gas que puede penetrar o ser expulsado de los
(espacio muerto fisiológico). pulmones en un minuto.

■ El gradiente de presión en la circulación pulmonar es mucho 4. De los siguientes planteamientos: ¿cuál es el que ocasiona el
menor que el que priva en la circulación general o sistémica. movimiento de O2 de los alveolos a la sangre en los capilares
pulmonares?
■ Se conocen diversas sustancias biológicamente activadas que los
pulmones metabolizan; incluyen aquellas sintetizadas y que actúan A) Transporte activo.
en el pulmón (como el agente tensioactivo); las que son liberadas o B) Filtración.
extraídas de la sangre (como las prostaglandinas) y otras más que C) Transporte activo secundario.
son activadas a su paso por los pulmones (como la angiotensina II). D) Difusión facilitada.
E) Difusión pasiva.
PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE
5. La resistencia de las vías respiratorias
Para todas las preguntas seleccione la mejor respuesta, a menos que se
especifique otra indicación. A) aumenta si son extirpados los pulmones y se les infla con
solución salina.
1. En la punta del monte Everest en que la presión barométrica se
acerca a 250 mmHg, la presión arterial de O2 en mmHg se acerca a B) no afecta el trabajo de la respiración.
A) 0.1. C) aumenta en sujetos parapléjicos.
B) 0.5. D) aumenta con la contracción del músculo liso de bronquios.
C) 5. E) comprende 80% del trabajo de la respiración.
D) 50.
E) 100. 6. El agente tensoactivo que reviste los alveolos

2. La capacidad vital forzada es A) evita que ellos se colapsen.
B) es producido por las células alveolares de tipo I y secretado al
A) la cantidad de aire que normalmente entra o sale del pulmón
con cada respiración. interior del alveolo.
C) aumenta en los pulmones de fumadores empedernidos.
B) la cantidad de aire que entra al pulmón, pero que no participa D) es un complejo glucolípido.
en el intercambio gaseoso.
BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
C) la cantidad de aire espirado después del esfuerzo espiratorio
máximo. Barnes PJ: Chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med
2000;343:269.
D) la máxima cantidad de gas que puede penetrar o ser expulsado
de los pulmones en un minuto. Crystal RG, West JB (editors): The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed.
Raven Press, 1997.
3. El volumen final de espiración o ventilatorio es
Fishman AP, et al (editors): Fishman’s Pulmonary Diseases and
A) la cantidad de aire que normalmente entra o sale del pulmón Disorders, 4th ed. McGraw-Hill, 2008.
con cada respiración.
Prisk GK, Paiva M, West JB (editors): Gravity and the Lung: Lessons
B) la cantidad de aire que entra al pulmón, pero que no participa from Micrography. Marcel Dekker, 2001.
en el intercambio gaseoso.
West JB: Pulmonary Pathophysiology, 5th ed. McGraw-Hill, 1995.
Wright JR: Immunoregulatory functions of surfactant proteins. Nat Rev

Immunol 2005;5:58.



Transporte de gas y pH CAPÍTULO

35

OBJETIVOS ■ Describir la forma en que el oxígeno (O2) fluye “cuesta abajo” desde los pulmones a
los tejidos y el dióxido de carbono (CO2) fluye “cuesta abajo” de los tejidos a los
Después de revisar este pulmones.
capítulo, el lector será
capaz de: ■ Conocer los factores importantes que afectan la afinidad de la hemoglobina por el
oxígeno y la importancia fisiológica de cada uno.

■ Comprender 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.

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

■ Definir la hipoxia y describir sus principales modalidades.

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

INTRODUCCIÓN que cerca de 94.5% del dióxido de carbono que se disuelve entra en
una serie de reacciones químicas reversibles que lo convierten en
Los gradientes de presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono, otros compuestos. Por tanto, la presencia de hemoglobina aumenta
trazados en una gráfica se hallan en la figura 35-1, lo cual enfatiza 70 veces la capacidad transportadora de oxígeno de la sangre y las
que éstos constituyen la clave para el desplazamiento de gas y que el reacciones del dióxido de carbono incrementan el contenido
oxígeno fluye “cuesta abajo” desde el aire por los alveolos y a la sanguíneo de este gas 17 veces. En este capítulo, se describen los
sangre en los tejidos, mientras que el dióxido de carbono “fluye detalles fisiológicos que explican el desplazamiento de oxígeno y
cuesta abajo” de los tejidos a los alveolos. Sin embargo, la cantidad dióxido de carbono en varias situaciones.
de estos dos gases transportados hacia y desde los tejidos sería
insuficiente si no fuera que 99% del oxígeno disuelto en la sangre se
combina con la proteína transportadora de oxígeno hemoglobina y

TRANSPORTE DE OXÍGENO a un tejido en particular depende del grado de constricción del lecho
vascular en el tejido y del gasto cardiaco. La cantidad de oxígeno en
APORTE DE OXÍGENO A LOS TEJIDOS la sangre depende de la cantidad que se disuelva, la concentración de
hemoglobina en sangre y de la afinidad de ésta por el oxígeno.
El aporte de oxígeno o por definición, el volumen de dicho gas apor-
tado por minuto al lecho vascular general, es el producto del gasto REACCIÓN DE LA HEMOGLOBINA
cardiaco y la concentración de oxígeno en la sangre arterial. La capa- CON EL OXÍGENO
cidad de distribuir oxígeno a todo el organismo depende de los apa-
ratos respiratorio y cardiovascular. El aporte de oxígeno a un tejido La dinámica de la reacción de la hemoglobina con el oxígeno la con-
particular depende de la cantidad que llegue hacia los pulmones, la vierten en un transportador de oxígeno muy adecuado. La hemoglo-
calidad del intercambio gaseoso, el flujo sanguíneo al tejido y la bina es una proteína formada por cuatro subunidades, las cuales
capacidad de la sangre para transportar oxígeno. El flujo sanguíneo contienen una fracción hem unida a una cadena polipeptídica.

641

642 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

150 PO2 100

Presión parcial (mmHg) 90

Porcentaje de saturación 80
de O2 de la hemoglobina
120 70 PO2 % Sat. O2 disuelto
(Arterial) (mmHg) de Hb (ml/100 ml)

90

60 10 13.5 0.03

60 (Venosa) 50 20 35 0.06
30 PCO2
(Est) 30 57 0.09
(Est)
40 40 75 0.12

50 83.5 0.15

30 60 89 0.18
70 92.7 0.21
0 Aire Pulmones Sangre Tejidos
20 80 94.5 0.24
FIGURA 351 Valores de PO2 y PCO2 en aire, pulmones, sangre y 90 96.5 0.27

tejidos. Nótese que tanto el oxígeno (O2) como el dióxido de carbono 10 100 97.5 0.30
(CO2) difunden “cuesta abajo” a favor de los gradientes de presión parcial
decreciente. Est estimado. (Redibujada con autorización a partir de Kinney JM: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
PO2 (mmHg)
Transport of carbon dioxide in blood. Anesthesiology 1960;21:615.)

En adultos normales, la mayoría de las moléculas de hemoglo- FIGURA 352 Curva de disociación de oxígeno-hemoglobina. pH
bina contiene dos cadenas α y dos β. El hem (fig. 31-7) es un comple-
7.40, temperatura 38°C. El cuadro insertado indica el porcentaje de
jo anular de porfirina que incluye un átomo de hierro ferroso. Cada hemoglobina saturada según la PO2 y el oxígeno (O2) disuelto. (Redibujada

uno de los cuatro átomos de hierro de la hemoglobina puede unirse con autorización de Comroe JH Jr., et al: The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary

de manera reversible a una molécula de oxígeno. El hierro permane- Function Tests, 2nd ed. Year Book, 1962.)

ce en estado ferroso, por lo cual la reacción es de oxigenación, no de Cuando la sangre se equilibra con oxígeno al 100% la hemoglobi-
na normal se satura al 100%. Cuando está saturada, cada gramo de
oxidación. Se acostumbra escribir la reacción de la hemoglobina con hemoglobina normal contiene 1.39 ml de oxígeno. Sin embargo, en
oxígeno como Hb + O2 →← HbO2. Como contiene cuatro unidades condiciones normales la sangre contiene pequeñas cantidades de deri-
de desoxihemoglobina (Hb), la molécula de hemoglobina también vados inactivos de hemoglobina y el valor medido in vivo es menor. La
cifra usual es 1.34 ml de oxígeno. La concentración de hemoglobina en
puede representarse como Hb4 y en realidad reacciona con cuatro sangre normal es cercana a 15 g/100 ml (14 g/100 ml en mujeres y 16
moléculas de oxígeno para formar Hb4O8. g/100 ml en varones). Por ende, 100 ml de sangre contienen 20.1 ml
(1.34 ml × 15) de oxígeno unido con la hemoglobina cuando ésta se
Hb4 + O2 →← Hb4O2 satura al 100%. La cantidad de oxígeno disuelto está en función lineal
Hb4O2 + O2 →← Hb4O4 de la PO2 (0.003 ml/100 ml de sangre/mmHg de PO2).
Hb4O4 + O2 →← Hb4O6
Hb4O6 + O2 →← Hb4O8 In vivo, la hemoglobina de la sangre en los extremos de los capi-
lares pulmonares se aproxima a una saturación de 97.5% con oxíge-
La reacción es rápida, requiere menos de 0.01 s. La desoxigena- no (PO2 = 100 mmHg). A causa de una pequeña mezcla de sangre
ción (reducción) de Hb4O8 también es muy rápida. venosa que evita el paso por los capilares pulmonares (derivación
fisiológica), la hemoglobina de la sangre sistémica sólo tiene una
La estructura cuaternaria de la hemoglobina determina su afi- saturación de 97%. Por consiguiente, la sangre arterial porta cerca de
nidad por el oxígeno. En la desoxihemoglobina, las unidades globina 19.8 ml de oxígeno por cada 100 ml en total: 0.29 ml en solución
se unen con fuerza en una configuración tensa (T) que reduce la y 19.5 ml unidos con hemoglobina. En la sangre venosa en reposo, la
afinidad de la molécula por el oxígeno. Cuando se une el oxígeno, los hemoglobina presenta una saturación de 75% y el contenido total de
enlaces que sostienen las unidades globina se liberan, lo cual genera oxígeno es cercano a 15.2 ml/100 ml: 0.12 ml en solución y 15.1 ml
una configuración relajada (R) que expone más sitios de unión con unidos con hemoglobina. Por tanto, en reposo los tejidos retiran
oxígeno. El resultado neto es un aumento de 500 veces en la afinidad alrededor de 4.6 ml de oxígeno de cada 100 ml de sangre que pasa
por el oxígeno. En los tejidos, estas reacciones se invierten, lo cual por ellos (cuadro 35-1); 0.17 ml de este total comprende oxígeno
libera el oxígeno. Se calcula que la transición de un estado a otro
ocurre unas 108 veces en la vida de un eritrocito. CUADRO 351 Contenido gaseoso de la sangre

La curva de disociación oxígeno-hemoglobina relaciona el ml/100 ml de sangre que contiene 15 g de hemoglobina
porcentaje de saturación de la capacidad portadora de oxígeno de la
hemoglobina (abreviada como SaO2) con la PO2 (fig. 35-2). Esta Sangre arterial (PO2, 95 Sangre venosa (PO2, 40
curva tiene una forma sigmoide característica por la interconversión mmHg; PCO2, 40 mmHg; mmHg; PCO2, 46 mmHg; Hb,
T-R. La combinación del primer hem de la molécula de hemoglobi-
na con oxígeno aumenta la afinidad del segundo hem por el oxígeno; Hb, 97% saturada) 75% saturada)
la oxigenación del segundo incrementa la afinidad del tercero, etc.,
por lo que la afinidad de la hemoglobina por la cuarta molécula de Gas Disuelta Combinada Disuelta Combinada
oxígeno es muchas veces mayor que por la primera. Es importante
destacar que los cambios pequeños en un nivel bajo de PO2 originan O2 0.29 19.5 0.12 15.1
grandes cambios en SaO2.
CO2 2.62 46.4 2.98 49.7

N2 0.98 0 0.98 0

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 643

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 35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-
Hasselbalch modificada, 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.)

disuelto en la sangre y el resto es el oxígeno liberado de la hemoglo- HbO2 + 2,3-DPG →← Hb − 2,3-DPG + O2
bina. De esta manera, en reposo se transportan 250 ml de oxígeno
por minuto de la sangre a los tejidos. En este equilibrio, un aumento en la concentración de 2,3-difos-
foglicerato desvía la reacción a la derecha, lo cual induce la libera-
FACTORES QUE AFECTAN ción de más oxígeno.
LA AFINIDAD DE LA HEMOGLOBINA
POR EL OXÍGENO Como la acidosis inhibe la glucólisis en los eritrocitos, la con-
centración de 2,3-difosfoglicerato cae cuando el pH es bajo. Por el
Tres condiciones importantes influyen en la curva de disociación de contrario, las hormonas tiroideas, las hormonas del crecimiento,
oxígeno-hemoglobina: el pH, la temperatura y la concentración de así como los andrógenos aumentan la concentración de 2,3-difosfo-
2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG). Un incremento en la temperatura o glicerato y la P50.
un descenso en el pH desvían la curva a la derecha (fig. 35-3). Cuan-
do la curva se desvía en tal dirección, se requiere una PO2 mayor Se conocen informes de que el ejercicio induce un aumento de
para que la hemoglobina se una con una cantidad determinada de 2,3-difosfoglicerato en 60 min, aunque tal vez el incremento no ocu-
oxígeno. Por el contrario, un descenso en la temperatura o el aumen- rra en atletas entrenados. La P50 también aumenta durante el ejerci-
to del pH orienta la curva a la izquierda, y se necesita una menor cio, ya que la temperatura se eleva en los tejidos activos y se acumulan
PO2 para que se una con una cifra determinada de oxígeno. Un índi- dióxido de carbono y metabolitos, lo cual reduce el pH. Además, se
ce conveniente para la comparación de estas desviaciones es la P50, elimina mucho más oxígeno de cada unidad de sangre que fluye por
que es la PO2 en la cual la mitad de la hemoglobina está saturada con los tejidos activos porque la PO2 hística disminuye. Por último, con
oxígeno. Mientras más alto sea el valor de P50, menor es la afinidad valores bajos de PO2, la curva de disociación oxígeno-hemoglobina
de la hemoglobina por este gas. tiene una pendiente marcada y se liberan grandes cantidades de oxí-
geno por unidad de decremento en la PO2. El Recuadro clínico 35-1
El descenso en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno describe algunas características clínicas de la hemoglobina.
cuando el pH sanguíneo cae se llama efecto de Bohr y tiene una
relación estrecha con que la hemoglobina desoxigenada (desoxihe- Un contraste interesante con la hemoglobina es la mioglobina,
moglobina) se una con hidrogeniones (H+) de manera más activa un pigmento que contiene hierro y se encuentra en el músculo
que la hemoglobina oxigenada (oxihemoglobina). El pH sanguíneo estriado. Se parece a la hemoglobina, pero se une con una molécula
se reduce rápidamente conforme aumenta su contenido de dióxido de oxígeno, en lugar de cuatro, por mol. La falta de unión “coopera-
de carbono; por ello, cuando la PCO2 se eleva, la curva se desvía a la tiva” se refleja en la curva de disociación de la mioglobina, una
derecha y la P50 se incrementa. La mayor parte de la desaturación de hipérbola rectangular, y no la curva sigmoidea observada con la
la hemoglobina presente en los tejidos es consecutiva al descenso en hemoglobina (fig. 35-4). Como aspecto adicional, el desplazamiento
la PO2, pero una desaturación adicional de 1 a 2% se debe al aumen- de la curva de unión de oxígeno con la mioglobina hacia la izquier-
to en la PCO2 y la desviación consecuente de la curva de disociación da, en comparación con la curva de la hemoglobina, demuestra una
a la derecha. mayor afinidad por oxígeno, con lo que facilita la transferencia favo-
rable de dicho gas desde la hemoglobina a la sangre. La dirección
El 2,3-difosfoglicerato es muy abundante en los eritrocitos. Se inclinada de la curva de mioglobina también indica que se libera
forma a partir de 3-fosfogliceraldehído, el cual corresponde a un oxigeno sólo con niveles bajos de PO2 (p. ej., durante el ejercicio). El
producto de la glucólisis por la vía de Embden-Meyerhof. contenido de mioglobina alcanza su máximo en músculos especiali-
zados para contraerse en forma sostenida. El riego sanguíneo al
Éste es un anión con carga elevada que se une con las cadenas β músculo queda “comprimido” durante las contracciones menciona-
de la desoxihemoglobina. Un mol de desoxihemoglobina se une a un das y la mioglobina continúa aportando oxígeno, en una situación
mol de 2,3-difosfoglicerato. En efecto, en que disminuye el flujo sanguíneo, aminora PO2 en la sangre o
privan ambos factores.

644 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

RECUADRO CLÍNICO 35-1 Saturación de O2 (%) 100

Hemoglobina y unión 80 B
con oxígeno in vivo
Cianosis 60
A
La hemoglobina reducida tiene color oscuro y aparece en ella
una coloración azulada oscura en los tejidos, llamada cianosis, 40
cuando la concentración de hemoglobina reducida en sangre de
los capilares es mayor de 5 g/100 ml. Su presencia depende de la A = hemoglobina
cantidad total de hemoglobina en la sangre, el grado de desa- 20 B = mioglobina
turación de la hemoglobina y el estado de la circulación capilar.
La cianosis es más visible en los lechos ungueales y las muco- 0 40 80 120
sas, así como en los lóbulos de las orejas, los labios y los dedos, PO2 (mmHg)
donde la piel es delgada. A pesar de que la observación visible
denota la presencia de cianosis, no es un signo totalmente fia- FIGURA 354 Comparación de las curvas de disociación de
ble. La práctica de nuevos estudios de la tensión y la saturación
de oxígeno arterial, recuentos de sangre y mediciones de hemoglobina y mioglobina. La curva de unión de mioglobina (B) carece
hemoglobina permitirá llegar a diagnósticos más fiables. de la forma sigmoide de la curva de unión con hemoglobina (A) a causa de
un solo sitio de unión del oxígeno en cada molécula. La mioglobina también
Efectos del 2,3-difosfoglicerato muestra una mayor afinidad por el oxígeno que la hemoglobina (curva
en la sangre fetal y almacenada desplazada a la izquierda) y por esa causa libera oxígeno en el músculo
cuando el nivel de PO2 en la sangre es bajo (p. ej., durante el ejercicio).
La afinidad de la hemoglobina fetal (hemoglobina F) por el oxí-
geno, la cual es mayor que la de la hemoglobina del adulto TRANSPORTE DE CO2
(hemoglobina A), facilita el desplazamiento del oxígeno de la
madre al feto. La causa de esta mayor afinidad es la escasa DESTINO MOLECULAR DEL DIÓXIDO
unión del 2,3-difosfoglicerato con las cadenas polipeptídicas γ DE CARBONO EN LA SANGRE
que sustituyen a las cadenas β en la hemoglobina fetal. Algu-
nas hemoglobinas anómalas en el adulto tienen valores bajos La solubilidad de este gas en la sangre es unas 20 veces mayor que la del
de P50 y la elevada afinidad resultante de la hemoglobina por el oxígeno; por tanto, existe mucho más dióxido de carbono que oxígeno
oxígeno causa hipoxia hística suficiente para estimular el en solución simple con presiones parciales iguales. El CO2 que difunde
aumento en la formación de eritrocitos, con la policitemia sub- a los eritrocitos se hidrata con rapidez para formar ácido carbónico
siguiente. Es interesante especular que estas hemoglobinas tal (H2CO3) por la presencia de anhidrasa carbónica (fig. 35-5). Este ácido
vez no se unan con el 2,3-difosfoglicerato. se disocia en hidrogeniones y bicarbonato (HCO3−) y el hidrogenión se
amortigua, sobre todo por la acción de la hemoglobina, mientras el
La concentración eritrocítica de este último aumenta en la bicarbonato (HCO3−) ingresa al plasma. Parte del dióxido de carbono
anemia y en diversas enfermedades en las cuales hay hipoxia en los eritrocitos reacciona con los grupos amino de la hemoglobina y
crónica. Esto facilita el aporte de oxígeno a los tejidos porque otras proteínas (R), con lo cual se forman compuestos carbamino:
eleva la PO2, lo cual libera oxígeno en los capilares periféricos.
En la sangre almacenada en los bancos, el valor de 2,3-difosfo- HH
glicerato disminuye y se reduce la habilidad de esta sangre
para liberar el oxígeno a los tejidos. Este descenso, que obvia- CO2 + R—N ←→ R—N
mente limita el beneficio de la sangre si se transfunde a un
paciente hipóxico, es menor si la sangre se almacena en solu- H COOH
ción de citrato-fosfato-glucosa, en lugar de la solución usual de
ácido-citrato-glucosa. Como la desoxihemoglobina se une con más hidrogeniones en
comparación con la oxihemoglobina (HbO2) y forma compuestos
AVANCES TERAPÉUTICOS carbamino con más facilidad, la unión de oxígeno con la hemoglobi-
na reduce su afinidad por el dióxido de carbono. El efecto Haldane
La cianosis es un signo de hemoglobina con oxigenación denota la capacidad mayor de la hemoglobina desoxigenada para
deficiente y no constituye una enfermedad, por lo que unirse al CO2 y transportarlo.
puede tener muchas causas que van desde la exposición
al frío hasta la sobredosis de fármacos y la neumopatía Por tanto, la sangre venosa transporta más dióxido de carbono que
crónica. El tratamiento apropiado depende de la causa la arterial, la captación de este último se facilita en los tejidos y la libe-
fundamental. En la cianosis causada por exposición al ración del mismo también se facilita en los pulmones. Cerca de 11% del
frío es eficaz conservar un entorno cálido, en tanto que dióxido de carbono agregado a la sangre en los capilares sistémicos se
se necesita a veces administrar oxígeno complementario transporta a los pulmones como carbamino-dióxido de carbono.
en casos de enfermedades crónicas.
DESPLAZAMIENTO DEL CLORO

Como el contenido de bicarbonato en los eritrocitos es mucho mayor
que el del plasma cuando la sangre pasa por los capilares, casi 70% del

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 645

CO2 CI– CUADRO 352 Destino del dióxido de carbono sanguíneo

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3– En plasma
H+ + Hb–
Anhidrasa 1. Disuelto

carbónica HHb 2. Formación de compuestos carbamino con proteínas plasmáticas

FIGURA 355 Destino del dióxido de carbono (CO2) en el 3. Hidratación, amortiguado con hidrogeniones, bicarbonato en
plasma
eritrocito. Cuando ingresa al eritrocito, el dióxido de carbono se hidrata
En eritrocitos
pronto para formar ácido carbónico (H2CO3) por acción de la anhidrasa
carbónica. Este ácido se encuentra en equilibrio con los hidrogeniones 1. Disuelto
(H+) y su base conjugada, bicarbonato (HCO3–). El hidrogenión puede
interactuar con la desoxihemoglobina, mientras el bicarbonato puede 2. Formación de carbamino-hemoglobina

transportarse fuera de la célula mediante AE1 (banda 3). En efecto, por 3. Hidratación, amortiguado con hidrogeniones, 70% del bicarbonato
ingresa al plasma
cada molécula de dióxido de carbono que entra en el eritrocito, hay una
molécula adicional de bicarbonato o de cloruro (Cl–) en la célula. 4. El cloruro ingresa a las células, aumentan los miliosmoles en las
células

bicarbonato formado en los eritrocitos entra en el plasma. El exceso DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DEL DIÓXIDO
de este último sale de los eritrocitos a cambio de cloruros (Cl–) (fig. DE CARBONO EN LA SANGRE
35-5). Este proceso está mediado por el intercambiador aniónico 1
(AE1, antes llamado “banda 3”), una proteína importante en la mem- Por conveniencia, los diversos destinos del dióxido de carbono en el
brana de los eritrocitos. A causa de este desplazamiento de cloro, el plasma y los eritrocitos se resumen en el cuadro 35-2. La magnitud
contenido de cloruros en los eritrocitos de la sangre venosa es mucho del aumento de la capacidad de la sangre para transportar dióxido de
mayor comparado con el de la sangre arterial. El desplazamiento de carbono está indicada por la diferencia entre las líneas que represen-
cloro ocurre con rapidez, se completa en un segundo. tan el dióxido de carbono disuelto y el dióxido de carbono total en
las curvas de disociación para este compuesto que muestra la figura
Nótese que por cada molécula de dióxido de carbono agregada 35-6.
al eritrocito, aumenta una partícula con actividad osmótica dentro
de esta célula, ya sea bicarbonato o cloruro (fig. 35-6). Por consi- De los casi 49 ml de dióxido de carbono por cada 100 ml de
guiente, los eritrocitos captan agua y su tamaño se incrementa. Por sangre arterial (cuadro 35-1), 2.6 ml están disueltos, 2.6 ml se
esta razón, además de que una pequeña cantidad de líquido en la encuentran en compuestos carbamino y 43.8 ml se hallan en el
sangre arterial regresa por los vasos linfáticos y no por las venas, el bicarbonato. En tejidos, se agregan 3.7 ml de dióxido de carbono por
hematócrito normal de la sangre venosa es 3% mayor en compara- cada 100 ml de sangre; 0.4 ml permanecen en solución, 0.8 ml for-
ción con el de la sangre arterial. En pulmones, el cloruro sale de las man compuestos carbamino y 2.5 ml constituyen bicarbonato. El pH
células conforme éstas se contraen. sanguíneo cae de 7.40 a 7.36. En los pulmones, el proceso se invierte
y los 3.7 ml de dióxido de carbono se descargan a los alveolos. De
70 esta manera, 200 ml de dióxido de carbono por minuto en reposo y
Sangre desoxigenada cantidades mucho mayores durante el ejercicio se transportan desde
los tejidos a los pulmones y se excretan. Vale la pena señalar que en
60 v 24 h, la cantidad de dióxido de carbono equivale a más de 12 500
50 a meq de iones hidrógeno.

40 EQUILIBRIO ACIDOBÁSICO
Sangre oxigenada Y TRANSPORTE DE GAS

30 La principal fuente de ácidos en la sangre en estados normales es el
metabolismo celular. Gran parte del dióxido de carbono formado
20 por el metabolismo de los tejidos se hidrata hasta ácido carbónico
Concentración de CO2 (ml/100 ml) 30 (carbonato) y la carga total de hidrogeniones de esta fuente es mayor
Concentración de CO2 (mmol/L)25 de 12 500 meq/día. Sin embargo, la mayor parte del dióxido de car-
20 bono se excreta en los pulmones y pequeñas cantidades de los hidro-
15 geniones restantes se excretan por los riñones.
10
AMORTIGUACIÓN EN LA SANGRE
10 CO2 disuelto 5
Las variaciones de ácido y bases en la sangre están controladas por
0 10 20 30 40 50 60 70 tres amortiguadores sanguíneos principales: 1) proteínas; 2) hemo-
globina, y 3) el sistema ácido carbónico-bicarbonato. Las proteínas
PCO2 (mmHg)

FIGURA 356 Curvas de disociación del dióxido de carbono

(CO2). El punto arterial (a) y el punto venoso (v) indican el contenido
total de dióxido de carbono que hay en sangre arterial y sangre venosa
en el ser humano normal en reposo. Nótese la baja cantidad de dicho
gas que se disuelve (trazo anaranjado) en comparación con el que
puede portarse por otros medios (cuadro 35-2). (Modificada con autorización

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

646 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

plasmáticas son amortiguadores eficaces porque tanto sus grupos mmol Hb
carboxil libres como los amino libres se disocian: c
+1.0
RCOOH ←→ RCOO− + H+ HbO2
mmol de H+
pH = pK´RCOOH + log [RCOO−] agregados a
[RCOOH] 1 mmol de +0.5
HbO2 o Hb

RNH3+ ←→ RNH2 + H+ mmol de H+ 0 a b
7.60 7.70
eliminados 7.40 7.50
pH
[RNH2] de 1
[RNH3+]
pH = pK´RNH3 + log mmol de -0.5
HbO2 o Hb

7.30

El segundo sistema amortiguador radica en la disociación de FIGURA 357 Curvas de titulación comparativa de hemoglobina
los grupos imidazol de los residuos de histidina en la hemoglobina:
oxigenada (HbO2) y desoxihemoglobina (Hb). La flecha que va de la
HH letra a la letra c indica el número de milimoles adicionales de H+ que puede
CC amortiguar la hemoglobina, en comparación con una concentración
similar de HbO2 (es decir no hay desplazamientos ni cambios en pH). La
NH NH+ NH N flecha que va de la letra a la letra b indica el cambio de pH que surgiría con
+ H+ la desoxigenación de HbO2 sin el aporte adicional de H+.

←→

HC C HC C ción son inferiores a las ideales) y el [CO2] se sustituye por [H2CO3],
la pK′ es de 6.1:
RR

En el intervalo de pH 7.0-7.7, los grupos carboxil y amino libres de pH = 6.10 + log [HCO3−]
la hemoglobina contribuyen relativamente poco a su capacidad [CO2]
amortiguadora. Sin embargo, la molécula de hemoglobina contiene
38 residuos de histidina y, con base en esto, más el hecho de que la La forma de esta ecuación con relevancia clínica es:
hemoglobina se encuentra en grandes cantidades, la hemoglobina
sanguínea tiene una capacidad amortiguadora seis veces mayor que pH = 6.10 + log [HCO3−]
las proteínas plasmáticas. Además, la acción de la hemoglobina es 0.0301 PCO2
única porque los grupos imidazol de la desoxihemoglobina (Hb) se
disocian menos en comparación con los de la oxihemoglobina, lo ya que la cantidad de dióxido de carbono disuelto es proporcional a
cual hace de la desoxihemoglobina un ácido más débil y por tanto,
mejor amortiguador que la oxihemoglobina. Las curvas de ajustes o la presión parcial de este mismo y el coeficiente de solubilidad del
titulación de Hb y de HbO2 (fig. 35-7), ilustran las diferencias en la
capacidad de amortiguación de los hidrogeniones. dióxido de carbono en mmol/L/mmHg es de 0.0301. La concentra-

El tercer y principal sistema amortiguador en la sangre es el sis- ción de bicarbonato no puede medirse de manera directa, pero el pH
tema ácido carbónico-bicarbonato:
y la PCO2 son sensibles de cuantificarse con exactitud adecuada
H2CO3 ←→ H+ + HCO3− mediante electrodos de vidrio para pH y dióxido de carbono y,
entonces, es posible calcular el [HCO3−].
La ecuación de Henderson-Hasselbalch para este sistema es:
La constante de ionización aparente de este sistema es baja en
pH = pK + log [HCO3−]
[H2CO3] relación con el pH sanguíneo, pero es uno de los sistemas amortigua-

La pK de este sistema en una solución ideal es baja (cercana a 3), dores más eficaces del cuerpo porque la cantidad de dióxido de car-
y la cantidad de ácido carbónico es pequeña y difícil de medir en
situaciones idóneas. Sin embargo, en el organismo dicho ácido se bono disuelto se controla con la respiración por ejemplo en un
encuentra en equilibrio con el dióxido de carbono:
sistema abierto. La regulación adicional de la concentración plasmá-
H2CO3 ←→ CO2 + H2O
tica de bicarbonato ocurre en los riñones. Cuando se agregan hidro-
Si la pK cambia a pK′ (constante de ionización aparente, la cual
se distingue de la pK verdadera porque las condiciones de la solu- geniones a la sangre, el bicarbonato disminuye conforme se forma

más ácido carbónico. Si este último adicional no se convierte en

dióxido de carbono y agua (H2O), y el dióxido de carbono no se
excreta por los pulmones, la concentración de ácido carbónico

aumentaría. Sin la eliminación de CO2 para reducir el H2CO3, la adi-
ción suficiente de hidrogeniones que hubiera disminuido a la mitad la
concentración plasmática de HCO3−, hubiese alterado el pH, de 7.4 a
6.0. Sin embargo, dicho incremento en la concentración de iones H+

es tolerada porque: 1) el H2CO3 adicional que se forma, es eliminado
y 2) el incremento de iones H+ estimula la respiración y con ello hace

que disminuya PCO2 de tal forma que se elimina una parte de H2CO3
adicional. El pH neto después de un incremento en la concentración
de H+ como la mencionada en realidad es de 7.2 o 7.3.

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 647

Hay dos factores adicionales que hacen del sistema de ácido Sangre arterial [H+] (nmol/L)
carbónico-bicarbonato un amortiguador biológico tan eficaz. Pri-
mero, la reacción CO2 + H2O →← H2CO3 es lenta en ambos sentidos, 100 90 80 70 60 50 40 35 30 25 20
a menos que esté presente la enzima anhidrasa carbónica. En el 60 120 100 90 80 70 60 50 40
plasma no se detecta dicha enzima, pero hay abundancia de ella en
los eritrocitos, lo cual confina espacialmente y controla la reacción. 56
Segundo, la presencia de hemoglobina en la sangre aumenta la
amortiguación del sistema porque se une con los hidrogeniones Plasma arterial [HCO3<] (meq/L) 52
libres generados con la hidratación del dióxido de carbono y así es
posible el movimiento del bicarbonato al plasma. 48 Alcalosis 35
meta- 30
ACIDOSIS Y ALCALOSIS 44 Acidosis bólica
respiratoria 25
El pH normal del plasma arterial es de 7.40 y el del plasma venoso un 40
poco más bajo. Desde el punto de vista técnico, se considera que hay crónica
un descenso del pH por debajo de lo normal (acidosis) siempre que 36 Acidosis
el pH sea inferior a 7.40, y que el pH es alto (alcalosis) cuando la
cifra sea mayor de 7.40. En la práctica, existen variaciones de hasta 32 respiratoria
0.05 unidades de pH sin efectos adversos. aguda
Alcalosis 20
Los trastornos acidobásicos se dividen en cuatro categorías: aci- 28 respiratoria
dosis respiratoria, alcalosis respiratoria, acidosis metabólica y alcalo-
sis metabólica. Además, estos trastornos pueden surgir combinados. 24 Normal aguda
En el cuadro 35-3 se presentan algunos ejemplos de los trastornos
acidobásicos. 20 15

16 Alcalosis 10
Acidosis respiratoria PCO2 (mmHg)

12 metabólica crónica
8
4

0 7.70 7.80
7.00 7.10 7.20 7.30 7.40 7.50 7.60

pH de sangre arterial

FIGURA 358 Nomograma acidobásico. Se muestran los cambios

en la PCO2 (líneas curvas), el bicarbonato (HCO3–) plasmático y el pH
(concentración de hidrogeniones [H+]) de la sangre arterial en la acidosis
y la alcalosis respiratorias y metabólicas. Nótense los cambios en el
bicarbonato y el pH conforme se compensan la acidosis y la alcalosis
respiratorias agudas, lo cual origina sus contrapartes crónicas. (Con

autorización de Brenner BM, Rector Fc Jr. (editors); Brenner & Rector´s The Kidney, 7th ed.

Saunders, 2004.)

ACIDOSIS RESPIRATORIA con el H2CO3, que a su vez está en equilibrio con HCO3−. El incre-
mento eficaz en HCO3– plasmático significa que se alcanzó un nuevo
Cualquier aumento a corto plazo de PCO2 arterial (p. ej., por arriba equilibrio con pH menor.
de 40 mmHg causado por hipoventilación) culmina en acidosis res-
piratoria. No hay que olvidar que el CO2 retenido está en equilibrio Esto puede representarse en una gráfica de la concentración
plasmática de bicarbonato en comparación con el pH (fig. 35-8). El
CUADRO 353 pH plasmático, bicarbonato (HCO3−) cambio de pH observado con cualquier aumento de la PCO2 duran-
te la acidosis respiratoria depende de la capacidad de amortiguación
y valores de PCO2 en varios trastornos típicos del equilibrio de la sangre. Los cambios iniciales mostrados en la figura 35-8 son
acidobásicoa los que ocurren de manera independiente de cualquier mecanismo
compensador; o sea, son los de la acidosis respiratoria descompen-
Plasma arterial sada.

HCO3− PCO2 ALCALOSIS RESPIRATORIA

Condición pH (meq/L) (mmHg) Causa Cualquier decremento a corto plazo en la ventilación que disminuya
Normal la PCO2 por debajo de la necesaria para el intercambio adecuado de
Acidosis 7.40 24.1 40 Ingestión de NH4Cl dióxido de carbono (o sea, menor de 35 mmHg) causa alcalosis res-
metabólica Acidosis diabética piratoria. El decremento de dióxido de carbono desvía el equilibrio
7.28 18.1 40 Ingestión de NaHCO3− del sistema ácido carbónico-bicarbonato para disminuir de manera
Alcalosis 6.96 5.0 23 Vómito prolongado efectiva la concentración de hidrogeniones y aumentar el pH. Como
metabólica en la acidosis respiratoria, los cambios iniciales en el pH correspon-
7.50 30.1 40 Respiración de CO2 dientes a la alcalosis respiratoria (fig. 35-8) ocurren de manera inde-
Acidosis 7.56 49.8 58 al 7% pendiente a cualquier mecanismo de compensación y, por tanto, se
respiratoria Enfisema refieren a la alcalosis respiratoria descompensada.
7.34 25.0 48
Alcalosis Hiperventilación ACIDOSIS Y ALCALOSIS METABÓLICAS
respiratoria 7.34 33.5 64 voluntaria
7.53 22.0 27 Residir por 3 semanas Los cambios en el pH sanguíneo también pueden ser resultado de un
a 4 000 m de altitud mecanismo no respiratorio. La acidosis metabólica (o acidosis no
7.48 18.7 26 respiratoria) aparece cuando se agregan ácidos fuertes a la sangre.
Por ejemplo, si se ingiere gran cantidad de ácido (p. ej., sobredosis de
a En los ejemplos de la acidosis diabética y vómito prolongado, hubo aspirina), los ácidos de la sangre aumentan con rapidez. El ácido car-
compensación respiratoria para la acidosis y alcalosis metabólicas primarias,
y la PCO2 se desvió de 40 mmHg. En los ejemplos de enfisema y gran altitud,
ocurrió compensación renal para la acidosis y alcalosis respiratorias primarias y se
generaron desviaciones del bicarbonato plasmático normal mayores de las que
serían de otra manera.

648 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

34 Alcalosis Alcalosis Para la compensación completa de la acidosis-alcalosis respirato-
ria o metabólica, se fomentan los mecanismos de amortiguación rena-
32 metabólica metabólica les. Los riñones responden a la acidosis mediante la secreción activa de
compensada descompensada, ácidos fijos al tiempo que retienen el bicarbonato filtrado. En contras-
te, los riñones reaccionan a la alcalosis con decremento de la secreción
30 PCO2 48 mmHg PCO2 de hidrogeniones y de la retención del bicarbonato filtrado.
HCO3< plasmático (meq/L)
PCO Las células del túbulo renal tienen anhidrasa carbónica activa,
2 40 mmHg por lo cual pueden generar hidrogeniones y bicarbonato a partir de
28 40 mmHg dióxido de carbono. Como respuesta a la acidosis, estas células secre-
tan hidrogeniones hacia el líquido tubular a cambio de sodio, mientras
26 Acidosis Normal absorben de manera activa el bicarbonato hacia el capilar peritubular;
metabólica por cada hidrogenión secretado, se agregan una molécula de ion sodio
y una de bicarbonato a la sangre. El resultado de esta compensación
24 descompensada, renal de la acidosis respiratoria se muestra de manera gráfica en el
cambio de acidosis respiratoria aguda a crónica en la figura 35-8.
22 PCO2
20 40 mmHg Por el contrario, en la reacción a la alcalosis los riñones dismi-
nuyen la secreción de hidrogeniones y deprimen la reabsorción de
18 bicarbonato. El resultado de esta compensación renal ante la alcalo-
sis respiratoria se muestra de manera gráfica en la desviación de la
16 alcalosis respiratoria aguda a la crónica en la figura 35-8. En el
Acidosis Recuadro clínico 35-2 se exponen las valoraciones clínicas del esta-

14 metabólica RECUADRO CLÍNICO 35-2

12 compensada,
PCO2 21 mmHg

10

7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

pH

FIGURA 359 Trayectos acidobásicos durante la acidosis

metabólica. Se grafican los cambios en el pH plasmático verdadero,
bicarbonato y PCO2 en reposo; durante la acidosis y la alcalosis
metabólicas y después de la compensación respiratoria. La acidosis o la
alcalosis metabólicas generan cambios en el pH sobre la línea isobárica
de la PCO2, línea de en medio. La compensación respiratoria mueve el
pH hacia la normalidad mediante alteración de la PCO2, flechas de arriba
y abajo. (Éste se llama diagrama de Davenport y se basa en Davenport HW: The ABC of

Acid-Base Chemistry, 6th ed. University of Chicago Press, 1974.)

bónico que se forma, se convierte en agua y dióxido de carbono, y Valoración clínica del estado acidobásico
éste se excreta pronto por vía pulmonar. Ésta es la situación en la
acidosis metabólica descompensada (fig. 35-8). En la valoración de trastornos en el equilibrio acidobásico, es
importante conocer el pH y el contenido de bicarbonato en el
Nótese que en contraste con la acidosis respiratoria, la PCO2 no plasma arterial. Son factibles las mediciones confiables de pH
cambia y la variación hacia la acidosis metabólica ocurre a lo largo con un medidor de pH y un electrodo de vidrio para el pH. Si se
de la línea isobárica (fig. 35-9). Cuando la concentración de hidro- usa el pH y una medición directa de la PCO2 con un electrodo
geniones libres cae a causa de la adición de álcali o, más a menudo, para dióxido de carbono, es posible calcular la concentración
por eliminación de grandes cantidades de ácido (p. ej., después del de bicarbonato. La PCO2 es ~ 8 mmHg mayor y el pH es de 0.03
vómito), se produce alcalosis metabólica. En la alcalosis metabólica a 0.04 unidades más bajo en el plasma venoso comparado con
descompensada, el pH aumenta a lo largo de la línea isobárica (figs. el arterial porque la sangre venosa contiene el dióxido de car-
35-8 y 35-9). bono que se transporta de los tejidos a los pulmones. Por tanto,
la concentración calculada de bicarbonato es de casi 2 mmol/L
COMPENSACIONES RESPIRATORIA mayor. Sin embargo, si se mantiene esto presente, la sangre
Y RENAL venosa de flujo libre puede sustituirse por sangre arterial en la
mayoría de las situaciones clínicas.
Como se describió antes, la acidosis y la alcalosis descompensadas se
ven pocas veces a causa de los sistemas de compensación. Dos de Una medición que posee algún valor en el diagnóstico
éstos son muy importantes y corresponden a la compensación res- diferencial de la acidosis metabólica es la brecha aniónica.
piratoria y la compensación renal. Esta brecha, que es un término más bien erróneo, se refiere a la
diferencia entre la concentración de cationes distintos al ion
El aparato respiratorio compensa la acidosis o la alcalosis meta- sodio y la concentración de aniones distintos al cloruro y al
bólica mediante la modificación ventilatoria y, por consiguiente, la bicarbonato en plasma. En su mayor parte, aquélla consiste en
PCO2 cambia de modo directo el pH sanguíneo. Los mecanismos proteínas en su forma aniónica, fosfato dibásico (HPO42−), sulfa-
respiratorios tienden a ser rápidos. Como respuesta a la acidosis to (SO42−) y ácidos orgánicos; el valor normal es 12 meq/L. Éste
metabólica, la ventilación se incrementa; esto disminuye la PCO2 aumenta cuando disminuye la concentración plasmática de
(p. ej., de 40 a 20 mmHg), con aumento subsiguiente en el pH hacia iones potasio (K+), calcio (Ca2+) o magnesio (Mg2+); si la concen-
la normalidad (fig. 35-9). Como respuesta a la alcalosis metabólica, tración o la carga de las proteínas plasmáticas se incrementan,
se reduce la ventilación, la PCO2 se incrementa y hay un descenso o cuando se acumulan en la sangre aniones orgánicos, como
consecuente en el pH. Como la compensación respiratoria es una lactato o aniones extraños. Dicho valor se reduce cuando
respuesta rápida, la representación gráfica en la figura 35-9 subraya aumentan los cationes o si la albúmina plasmática disminuye.
el ajuste del pH sanguíneo en dos pasos. En realidad, en cuanto ini- La brecha aniónica se incrementa en la acidosis metabólica por
cia la acidosis metabólica, se induce la compensación respiratoria y cetoacidosis, acidosis láctica y otras modalidades de acidosis
el pH se protege contra las amplias desviaciones mostradas. en las cuales aumentan los aniones orgánicos.

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 649

do acidobásico y en el capítulo 38 se revisa con mayor detalle la par- RECUADRO CLÍNICO 35-3
ticipación de los riñones en la homeostasis acidobásica.

HIPOXIA Efectos de la hipoxia en las células
y algunos tejidos
La hipoxia es la deficiencia de oxígeno en los tejidos. Es un término
más correcto que anoxia, ya que rara vez hay ausencia completa de Efectos en las células
oxígeno en aquéllos.
La hipoxia induce la producción de factores de transcripción
Se han usado muchas otras clasificaciones, pero dicha división (factores inducibles por hipoxia [HIF]). Están conformados por
todavía tiene utilidad considerable si se mantienen presentes las subunidades α y β. En tejidos con oxigenación normal, las
definiciones de los términos. Las cuatro categorías son: 1) hipoxe- subunidades α se unen rápidamente a ubiquitina y se destru-
mia referida como hipoxia hipóxica, en la cual disminuye la PO2 de yen. Sin embargo, en las células hipóxicas las subunidades α se
la sangre arterial; 2) hipoxia anémica, donde la PO2 es normal, pero dimerizan con las subunidades β, y los dímeros activan los
la cantidad de hemoglobina disponible para transportar el oxígeno genes que producen factores angiógenos y eritropoyetina.
es baja; 3) hipoxia isquémica o por estancamiento, en la cual el
flujo sanguíneo a un tejido es tan bajo que no llega suficiente oxíge- Efectos en el cerebro
no, a pesar de la PO2 y la concentración de hemoglobina normales, y
4) hipoxia histotóxica, en la que la cantidad de oxígeno que llega al En la hipoxemia y otras presentaciones generalizadas de
tejido es adecuada, pero por la acción de un agente tóxico, las células hipoxia, el cerebro se afecta primero. Un descenso súbito en la
del tejido no pueden utilizar el oxígeno que les llega. En el Recuadro PO2 inspirada a menos de 20 mmHg, que ocurre por ejemplo
clínico 35-3 se presentan algunos efectos específicos de la hipoxia en cuando se pierde de pronto la presión en la cabina de un avión
las células y los tejidos. que vuela a más de 16 000 m, genera estado de inconsciencia
en 10 a 20 s y muerte en 4 a 5 min. La hipoxia menos grave
HIPOXEMIA causa diversas alteraciones mentales, parecidas a las produci-
das por el alcohol: alteración del juicio, somnolencia, amorti-
Por definición, la hipoxemia es un trastorno por descenso de la PO2 guación de la sensibilidad al dolor, excitación, desorientación,
arterial. Ella constituye un problema en las personas normales a pérdida de la noción del tiempo y cefalea. Otros síntomas
grandes altitudes; también es una complicación de la neumonía y incluyen anorexia, náusea, vómito, taquicardia y, cuando la
diversas enfermedades más del sistema respiratorio. hipoxia es grave, hipertensión. La frecuencia respiratoria se
incrementa en proporción a la gravedad de la hipoxia en las
EFECTOS DE LA DISMINUCIÓN células del quimiorreceptor carotídeo.
DE LA PRESIÓN BAROMÉTRICA
Estimulación respiratoria
La composición del aire es la misma, pero la presión barométrica
total se reduce conforme aumenta la altitud (fig. 35-10). Por tanto, la Por definición, la disnea es la respiración difícil o laboriosa en la
PO2 también disminuye. A 3 000 m (~10 000 pies) sobre el nivel del cual el sujeto está consciente de la falta de aliento; la hiper-
mar, la PO2 alveolar es cercana a 60 mmHg y existe una estimulación pnea es un término general para referirse al aumento de la fre-
hipóxica suficiente de los quimiorreceptores para inducir un incre- cuencia respiratoria, sin importar las sensaciones subjetivas del
mento definitivo en la ventilación. Conforme se asciende más, la sujeto. La taquipnea es la respiración rápida y superficial. En
PO2 alveolar disminuye con menor rapidez y la PCO2 se reduce un general, un individuo normal no está consciente de la respira-
poco por la hiperventilación. El decremento consecuente en la PCO2 ción hasta que la ventilación se duplica, y la respiración no es
arterial origina alcalosis respiratoria. incómoda hasta que la ventilación aumenta al triple o cuádru-
ple. El que cierto grado de ventilación sea o no incómodo tam-
Varios mecanismos de compensación operan algún tiempo bién parece depender de varios factores más. La hipercapnia y,
para aumentar la tolerancia a la altitud (aclimatación), pero en suje- en menor medida, la hipoxia causan disnea. Un factor adicional
tos no aclimatados, los síntomas mentales, como irritabilidad, apare- es el esfuerzo implicado en el desplazamiento del aire dentro y
cen cerca de los 3 700 m. A 5 500 m, los síntomas hipóxicos son fuera de los pulmones (el trabajo respiratorio).
graves y a una altitud mayor de 6 100 m (20 000 pies) casi siempre se
pierde el estado de conciencia. La presión parcial del vapor de agua en el aire alveolar es cons-
tante en 47 mmHg y la de dióxido de carbono normal corresponde a
SÍNTOMAS HIPÓXICOS 40 mmHg; por esto, la presión barométrica más baja a la cual es posi-
Y RESPIRACIÓN DE OXÍGENO ble obtener una PO2 alveolar normal de 100 mmHg es de 187 mmHg,
la que existe a una altura cercana a 10 400 m (34 000 pies). A una
Algunos de los efectos de las grandes altitudes se pueden corregir si mayor altitud, el aumento de la ventilación causado por el descenso
se respira oxígeno puro (100%). En la situación mencionada, la ten- de la PO2 alveolar reduce un poco la PCO2 alveolar, pero la PO2
sión atmosférica total se torna el factor limitante para tolerar la altura. máxima que puede obtenerse cuando se respira oxígeno al 100% con
la presión barométrica ambiental de 100 mmHg a 13 700 m es cerca-
na a 40 mmHg. A los 14 000 m, se pierde el estado de conciencia
aunque se proporcione oxígeno al 100%. A 19 200 m la presión baro-
métrica es de 47 mmHg y con esa presión o una inferior, los líquidos

650 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

Altitud (m)

0 3 000 6 000 9 000 12 000 15 000 18 000 21 000
760
720 Asentamientos humanos
680
640 permanentes más altos
600
320 (5 500 m) Pérdida del estado de
280
240 conciencia si se respira
200
Presión (mmHg) 160 aire sin aclimatación
120
N2 Cima del monte Everest
80 (8 854 m)
40 O2
CO2 PO2 alveolar, 100 mmHg
0 H2O (10 400 m)
PO2 alveolar 40 mmHg
(13 700 m)

Pérdida del estado de
conciencia si se respira
O2 al 100%

Los líquidos
corporales hierven

a 37°C

(19 200 m)

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

FIGURA 3510 Composición del aire alveolar en individuos que hiperventilación consecutiva a la estimulación hipóxica de los
quimiorreceptores carotídeos y aórticos. El descenso en la presión
respiran aire (0-6 100 m) y oxígeno al 100% (6 100-13 700 m). La barométrica con el aumento de altitud no es lineal, ya que es
PO2 alveolar mínima que un sujeto no aclimatado puede tolerar sin compresible.
perder el estado de conciencia es de 35 a 40 mmHg. Nótese que
conforme aumenta la altitud, la PCO2 alveolar disminuye por la

corporales hierven a temperatura corporal. Sin embargo, el asunto es estimulante de la hipoxia. Sin embargo, la ventilación aumenta de
académico porque cualquier individuo expuesto a una presión tan forma constante en los cuatro días siguientes (fig. 35-11) porque el
baja estaría muerto por hipoxia antes que las burbujas de vapor transporte activo de hidrogeniones al líquido cefalorraquídeo (LCR)
pudieran causar la muerte. o tal vez debido a la aparición de acidosis láctica en el cerebro indu-
cen un descenso en el pH del líquido cefalorraquídeo que aumenta
Por supuesto que puede crearse una atmósfera artificial alrede- la respuesta a la hipoxia. Después de cuatro días, la reacción ventila-
dor de un individuo; en una sala o una cabina presurizada con oxí- toria empieza a disminuir despacio, pero se requieren años de resi-
geno y un sistema para eliminar el dióxido de carbono, es posible dencia a grandes altitudes para que se reduzca hasta el valor inicial.
ascender a cualquier altitud y vivir en el vacío del espacio interplane- Si es que se alcanza.
tario. En el Recuadro clínico 35-4 se describen algunos efectos tar-
díos de las grandes altitudes. La secreción de eritropoyetina aumenta pronto cuando se
asciende a una gran altitud y luego disminuye un poco en los cuatro
ACLIMATACIÓN días siguientes, conforme la respuesta ventilatoria se incrementa y la
PO2 arterial se eleva. El incremento en los eritrocitos circulantes
La aclimatación a la altura se debe a la operación de varios mecanis- estimulado por la eritropoyetina inicia en dos a tres días y se sostiene
mos compensadores. La alcalosis respiratoria generada por la hiper- mientras el sujeto permanezca a gran altitud.
ventilación desplaza la curva de disociación de oxígeno-hemoglobina
a la izquierda, pero un aumento concomitante en el 2,3-difosfoglice- También se observan cambios compensadores en los tejidos.
rato eritrocítico tiende a disminuir la afinidad de la hemoglobina Aumenta la cantidad de mitocondrias, las cuales constituyen el sitio
por el oxígeno. El efecto neto es un pequeño incremento en la P50. El de las reacciones oxidativas; la mioglobina se incrementa, lo cual
descenso de la afinidad por el oxígeno, hace a éste más disponible facilita el desplazamiento de oxígeno a los tejidos. El contenido hís-
para los tejidos. Sin embargo, el valor del aumento en la P50 es limi- tico de citocromo oxidasa también se eleva.
tado porque cuando la PO2 arterial se reduce mucho, la disminución
de la afinidad por el oxígeno también interfiere con la captación de La eficacia del proceso de aclimatación se comprueba por la
éste por la hemoglobina en los pulmones. presencia de asentamientos humanos permanentes en los Andes y la
cordillera del Himalaya, a alturas superiores a 5 500 m (18 000 pies).
La respuesta ventilatoria inicial al aumento de altitud es relati- Los nativos de esas villas tienen tórax en tonel y policitemia marca-
vamente pequeña, ya que la alcalosis tiende a contrarrestar el efecto da. Sus valores de PO2 alveolar son bajos, pero en casi todos los
demás aspectos, son notablemente normales.

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 651

RECUADRO CLÍNICO 35-4 50

Efectos tardíos de las grandes altitudes rVE/rVO2, ml min-1/ml min-1 40

Cuando llegan a un sitio a gran altitud, muchos individuos pre- 30 4 días de aclimatación
sentan “mal de montaña” transitorio. Este síndrome aparece 8 a Exposición aguda
24 h después del arribo y dura cuatro a ocho días. Se caracteriza
por cefalea, irritabilidad, insomnio, disnea, náusea y vómito. Se 20 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000
desconoce su causa, pero parece vincularse con edema cere- 0 Altitud (m)
bral. La PO2 baja de las grandes altitudes causa dilatación arte-
riolar y si la autorregulación cerebral no se compensa, hay un dcFvoeeInGncistrUui,llmaRatoAporrdoi3eap5ooaxrv1cígai1óerninaEoesfne(atVcl·rtOteiot2eu)dl.dv(eCeoolslanu. amaVu·ceEtloVin·mrOizeaa2sctepiaósicrneaidóldeenoLqeepunnoifvarlanamtlerCienn, sStueuptloulvivee(anVsn· ttEKia)l:ayAtedolarpiota, teiosn
aumento en la presión capilar que favorece la elevación de la
trasudación de líquido hacia el tejido cerebral. to high altitude. N Engl J Med 1971;284:1298.)

Dos síndromes más graves acompañan a las enfermeda- sangre del lado venoso de la circulación arterial, y aquellas donde
des de grandes altitudes: el edema cerebral de grandes altu- falla la bomba respiratoria. La insuficiencia pulmonar ocurre cuan-
ras y el edema pulmonar de grandes alturas. do trastornos, como la fibrosis pulmonar, originan bloqueo alveolo-
capilar, o cuando hay desequilibrio entre ventilación y perfusión. La
En el primero, la fuga capilar del mal de montaña progresa falla de la bomba se debe a la fatiga de los músculos respiratorios en
a edema cerebral evidente con ataxia, desorientación y, en trastornos en los cuales aumenta el trabajo respiratorio o en caso de
algunos casos, con coma y muerte por hernia encefálica a tra- diversos defectos mecánicos, como neumotórax u obstrucción bron-
vés de la tienda del cerebelo. El edema pulmonar de gran alti- quial que limitan la ventilación. Asimismo, la falla de la bomba tal
tud es el edema “en parches” en los pulmones, el cual se vez sea resultado de anomalías en los mecanismos nerviosos que
acompaña de hipertensión pulmonar marcada que aparece a controlan la ventilación, como depresión de las neuronas respirato-
grandes altitudes. Se argumenta que ocurre porque no todas rias en el bulbo raquídeo por morfina y otros fármacos. A continua-
las arterias pulmonares tienen músculo liso suficiente para ción se describen algunas causas específicas de la hipoxemia.
constreñirse en respuesta a la hipoxia, y en los capilares alimen-
tados por esas arterias el aumento general en la presión arterial DERIVACIONES
pulmonar induce elevación de la presión capilar que rompe las VENOARTERIALES
paredes de aquéllos (falla de tensión).
Cuando una anomalía cardiovascular, como una malformación en el
AVANCES TERAPÉUTICOS tabique interauricular permite que grandes cantidades de sangre
venosa no oxigenada eviten el paso por los capilares pulmonares y
Todas las modalidades de enfermedad por gran altitud diluyan la sangre oxigenada en las arterias sistémicas (“derivación de
se benefician con el descenso a una menor altitud y con derecha a izquierda”), lo cual origina hipoxemia crónica y cianosis
la administración del diurético acetazolamida. Este fár- (cardiopatía congénita cianótica). La administración de oxígeno
maco inhibe la anhidrasa carbónica, PaCO3; esto estimu- puro (100%) aumenta el contenido de oxígeno en el aire alveolar,
la la respiración, aumenta la PaCO2 y reduce la formación pero ejerce poco efecto en la hipoxia por derivaciones venoarteria-
de líquido cefalorraquídeo. Cuando el edema cerebral es les; esto se debe a que la sangre venosa desoxigenada no tiene la
marcado, a menudo se proporcionan también grandes oportunidad de llegar al pulmón para ser oxigenada.
dosis de glucocorticoides. El mecanismo de acción de
éstos se desconoce. En el edema pulmonar por gran alti-
tud, es esencial la atención expedita con oxígeno y, si
está disponible, una cámara hiperbárica. Ahora existen
cámaras hiperbáricas portátiles en varias áreas de la
montaña. También es útil la nifedipina, un bloqueador
de los conductos de calcio que disminuye la presión
arterial pulmonar.

ENFERMEDADES QUE CAUSAN DESEQUILIBRIO ENTRE
HIPOXEMIA VENTILACIÓN Y PERFUSIÓN

La hipoxemia es la presentación observada más a menudo en clínica. Tal desequilibrio “en parches” es, por mucho, la causa más frecuente
Las enfermedades que la causan pueden dividirse en aquéllas con de hipoxemia en situaciones clínicas. En enfermedades que impiden
deficiencia del aparato de intercambio gaseoso; aquéllas, como la la ventilación de algunos alveolos, la proporción entre ventilación y
cardiopatía congénita en la cual se desvían grandes cantidades de flujo sanguíneo en distintas partes de los pulmones determina la
magnitud del declive en la PO2 arterial.

652 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

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 uniforme

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

A B A

Sangre
arterial
(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
5.0
Flujo sanguíneo pulmonar (L/min) 2.5 2.5 0.8 Flujo sanguíneo pulmonar (L/min) 2.5 2.5 5.0
75.0
Índice ventilación/flujo sanguíneo 0.8 0.8 97.4 Índice ventilación/flujo sanguíneo 1.3 0.3 0.8
40.0
Saturación venosa mixta de O2 (%) 75.0 75.0 104.0 Saturación venosa mixta de O2 (%) 75.0 75.0 75.0
Saturación arterial del O2 (%) 97.4 97.4 104.0 Saturación arterial del O2 (%) 98.2 91.7 95.0
40.0 40.0
Presión venosa mixta de O2 (mmHg) 40.0 40.0 Presión venosa mixta de O2 (mmHg) 40.0 66.0 106.0
Presión alveolar de O2 (mmHg) 104.0 104.0 Presión alveolar de O2 (mmHg) 116.0 66.0 84.0

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

FIGURA 3512 Comparación de las relaciones entre ventilación y alveolar; MV, volumen respiratorio por minuto. (Con autorización de Comroe

flujo sanguíneo en los estados de salud y de enfermedad. Izquierda: JH Jr., et al: The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests, 2nd ed. Year Book,
urenlaifcoirómne“idyeflaulj”ovesanntiglaucíinóeno-fulunjoifosramnge,udíneesoco. Dmepreencshaad:ov.eV·nAt,ilvaecniótinlancoión 1962.)

Si hay perfusión en los alveolos no ventilados, la parte del pul- OTRAS FORMAS DE HIPOXIA
món con flujo sanguíneo, pero sin ventilación, en realidad es una
derivación de derecha a izquierda que vacía sangre no oxigenada al HIPOXIA ANÉMICA
lado izquierdo del corazón. Son más frecuentes los grados menores
de desequilibrio en la ventilación-perfusión. En el ejemplo de la La hipoxia causada por anemia no es tan grave en reposo, a menos
figura 35-12, el segmento de ventilación-perfusión equilibrado en la que la deficiencia de hemoglobina sea marcada, ya que el 2,3-difos-
mitad izquierda ilustra una distribución uniforme durante todo el foglicerato de los eritrocitos aumenta. Sin embargo, los pacientes
intercambio gaseoso. Sin embargo, cuando la ventilación no se anémicos pueden tener dificultad considerable durante el ejercicio
encuentra en equilibrio con la perfusión, se compromete el inter- por la capacidad limitada para aumentar el aporte de oxígeno a los
cambio de oxígeno. tejidos activos (fig. 35-13).

Hay que destacar que los alveolos subventilados (B) tienen PO2 INTOXICACIÓN POR MONÓXIDO
alveolar baja, en tanto que los alveolos sobreventilados (A) tienen DE CARBONO
PO2 alveolar alta, pero ambos tienen el mismo flujo sanguíneo. Sin
embargo, la falta de saturación de la hemoglobina en la sangre que En el organismo se forman pequeñas cantidades de monóxido de
proviene de B no se compensa del todo por la mayor saturación de la carbono (CO) y es probable que este gas funcione como mensajero
sangre proveniente de A, ya que en condiciones normales la hemo- químico en el cerebro y otros sitios; en mayores cantidades, es tóxi-
globina se halla casi saturada en los pulmones y una PO2 arterial más co. Fuera del cuerpo, este compuesto se forma por la combustión
alta agrega sólo un poco más de oxígeno a la hemoglobina del que ya incompleta del carbono. Los griegos y los romanos lo usaban para
transporta. Por consiguiente, la sangre arterial no se satura. Por otro ejecutar criminales; hoy en día, genera más muertes que cualquier
lado, el contenido de dióxido de carbono en la sangre arterial casi otro gas. La intoxicación por monóxido de carbono se ha vuelto
siempre es normal en tales situaciones, ya que la pérdida adicional menos frecuente en Estados Unidos desde que el gas natural, que no
de dicho gas en las regiones demasiado ventiladas puede equilibrar contiene monóxido de carbono, sustituyó a los gases artificiales,
la pérdida menor en las áreas hipoventiladas.

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 653

Contenido sanguíneo de Oxígeno + hemoglobina (14 g/100 ml) se convierte en carboxihemoglobina. Los síntomas generados por la
oxígeno (ml/100 ml)20 exposición crónica a concentraciones no letales de monóxido de car-
bono son los del daño cerebral progresivo, los cuales incluyen cambios
15 Oxígeno + hemoglobina mentales y a veces un estado similar al parkinsonismo.
(14 g/100 ml) con 50%
de carboxihemoglobina El tratamiento de la intoxicación con monóxido de carbono
consiste en terminación inmediata de la exposición y con apoyo ven-
10 tilatorio adecuado, con respiración asistida en caso necesario. Es
preferible la ventilación con oxígeno a aquélla con aire fresco, ya que
5 Oxígeno + hemoglobina el oxígeno acelera la disociación de la carboxihemoglobina. La oxi-
(7 g/100 ml) genación hiperbárica (véase más adelante) es útil en esta situación.

0 HIPOXIA ISQUÉMICA
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Presión parcial de oxígeno (mmHg) La hipoxia isquémica, o hipoxia por estancamiento, se debe a la cir-
culación lenta y es un problema en órganos, como riñones y cora-
FIGURA 3513 Efectos de la anemia y el monóxido de carbono zón, durante el choque. El hígado y tal vez el cerebro se dañan con la
hipoxia por hipoperfusión que hay en la insuficiencia cardiaca con-
(CO) en la unión de hemoglobina con oxígeno. Curva de disociación gestiva. El flujo sanguíneo pulmonar normal es muy alto y es necesa-
normal de oxihemoglobina (hemoglobina, 14 g/100 ml) comparada con ria la hipotensión prolongada para originar un daño significativo.
anemia (hemoglobina, 7 g/100 ml) y con las curvas de disociación de No obstante, el colapso circulatorio prolongado puede ocasionar
oxihemoglobina en intoxicación con monóxido de carbono (50% de síndrome de insuficiencia respiratoria aguda (ARDS).
carboxihemoglobina). Nótese que la curva de intoxicación con
monóxido de carbono se desvía a la izquierda en caso de anemia. (Con

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

como el de carbón, que contiene grandes cantidades de este com- HIPOXIA HISTOTÓXICA
puesto. Sin embargo, el escape de las máquinas a gasolina contiene
6% o más de monóxido de carbono. La hipoxia originada por la inhibición de los procesos oxidativos en
los tejidos casi siempre resulta de la intoxicación por cianuro. El cia-
Este último es tóxico pues reacciona con la hemoglobina para nuro inhibe la oxidasa de citocromo y tal vez otras enzimas. El trata-
formar carboxihemoglobina (COHb), la cual no capta oxígeno (fig. miento de dicha intoxicación incluye azul de metileno o nitritos;
35-13). La intoxicación por monóxido de carbono a menudo se lista éstos actúan mediante la formación de metahemoglobina, la cual
como una modalidad de hipoxia anémica porque la cantidad de luego reacciona con el cianuro para formar cianometahemoglobina,
hemoglobina que puede transportar oxígeno está reducida, pero el un compuesto no tóxico. Por supuesto, la intensidad del tratamiento
contenido total de hemoglobina en sangre no se modifica con el con tales sustancias está limitada por la cantidad de metahemoglobi-
monóxido de carbono. La afinidad de la hemoglobina por este últi- na que puede formarse de manera segura. La oxigenación hiperbárica
mo es 210 veces mayor que su afinidad por oxígeno, y la carboxihe- también es útil.
moglobina libera el monóxido de carbono muy despacio. Una
dificultad adicional es que en presencia de carboxihemoglobina, la TRATAMIENTO DE LA HIPOXIA
curva de disociación de la oxihemoglobina (HbO2) restante se des- CON OXÍGENO
vía a la izquierda, lo cual disminuye la cantidad de oxígeno liberado.
Por esta razón, un sujeto anémico con 50% de la cantidad normal de La administración de mezclas gaseosas ricas en oxígeno tiene muy
oxihemoglobina puede realizar un trabajo moderado, mientras un poco valor en la hipoxia por hipoperfusión, anémica o histotóxica
individuo con reducción de oxihemoglobina al mismo nivel por la porque lo único que puede lograrse de este modo es un aumento en
formación de carboxihemoglobina presenta una incapacidad grave. la cantidad de oxígeno disuelto en la sangre arterial. Esto también se
aplica a la hipoxemia cuando se debe a la desviación de sangre veno-
Debido a la afinidad del monóxido de carbono por la hemoglo- sa no oxigenada fuera de los pulmones. En otras modalidades de
bina, la formación de carboxihemoglobina ocurre cuando la PCO2 hipoxemia, el oxígeno es muy provechoso. Los regímenes terapéuti-
alveolar es mayor de 0.4 mmHg. Sin embargo, la cantidad de car- cos que emplean una concentración de oxígeno menor de 100% son
boxihemoglobina formada depende de la duración de la exposición valiosos en las etapas aguda y crónica, y la utilización de oxígeno de
al monóxido de carbono, de la concentración de éste en el aire inspi- esta forma las 24 h del día durante dos años disminuye significativa-
rado y de la ventilación alveolar. tivamente la mortalidad de la enfermedad pulmonar obstructiva
crónica. La toxicidad y las medidas terapéuticas con oxígeno se des-
El CO es tóxico para los citocromos de los tejidos, pero la canti- criben en el Recuadro clínico 35-5.
dad necesaria de dicho compuesto para intoxicar los citocromos es
1 000 veces mayor que la dosis letal; por tanto, la toxicidad hística no HIPERCAPNIA E HIPOCAPNIA
participa en la intoxicación clínica por monóxido de carbono.
HIPERCAPNIA
Los síntomas de intoxicación con este último son los de cualquier
tipo de hipoxia, en especial cefalea y náusea, pero la estimulación res- Al principio, la retención de dióxido de carbono en el cuerpo (hiper-
piratoria es baja, ya que en la sangre arterial, la PO2 permanece normal; capnia) estimula la respiración. La retención de mayores cantidades
por esto, los quimiorreceptores carotídeos y aórticos no se estimulan.
El color rojo cereza de la carboxihemoglobina es visible en piel, lechos
ungueales (tejido sobre el que descansan la uñas) y mucosas. La muer-
te se produce cuando cerca de 70 a 80% de la hemoglobina circulante

654 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

RECUADRO CLÍNICO 35-5

Administración de oxígeno y toxicidad potencial velocidad a la cual surgen estos síntomas es proporcional a la pre-
sión 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, no unos cuantos minutos.
sólo en animales, sino también en bacterias, hongos, células ani-
males en cultivo y plantas. La toxicidad parece deberse a la gene- Por otro lado, la exposición a oxígeno al 100% a una presión
ración de algunas especies reactivas de oxígeno, incluidos el anión de dos a tres atmósferas aumenta el oxígeno disuelto en la san-
superóxido (O2–) y el peróxido de hidrógeno (H2O2). Cuando se gre arterial hasta el punto que la presión arterial de oxígeno es
proporciona oxígeno al 80 a 100% en seres humanos por periodos mayor de 2 000 mmHg y, la de oxígeno en los tejidos, de 400
de 8 h o más, las vías respiratorias se irritan, lo cual causa molestia mmHg. Si la exposición se limita a 5 h o menos con estas presio-
retroesternal, congestión nasal, irritación faríngea y tos. nes, no hay efectos tóxicos del oxígeno. Por tanto, el tratamiento
con oxígeno hiperbárico en tanques cerrados se usa para tratar
Algunos lactantes tratados con oxígeno por síndrome de enfermedades en las cuales no puede lograrse la mejoría en la
insuficiencia respiratoria generan un trastorno caracterizado por oxigenación de los tejidos de otra manera. Su valor está demos-
quistes y densidades pulmonares (displasia broncopulmonar). trado en la intoxicación por monóxido de carbono, lesión hística
Este síndrome quizá sea una manifestación de la toxicidad del oxí- inducida por radiación, gangrena gaseosa, anemia por pérdida
geno. Otra complicación en estos lactantes es la retinopatía de la sanguínea muy grave, úlceras diabéticas en las piernas y otras
premadurez (fibroplasia retrolental), que es la formación de heridas con cicatrización lenta, así como en el rescate de colgajos
tejido vascular opaco en los ojos que puede ocasionar alteracio- cutáneos e injertos en los que la circulación es marginal. También
nes visuales graves. Los receptores retinianos maduran desde el es el tratamiento principal en la enfermedad por descompresión
centro a la periferia de la retina y utilizan cantidades considerables y la embolia gaseosa.
de oxígeno. Esto hace que la retina se vascularice de manera orde-
nada. El tratamiento con oxígeno antes que se complete la madu- En pacientes hipercápnicos con insuficiencia pulmonar gra-
ración, aporta el oxígeno necesario a los fotorreceptores y, por ve, el nivel de dióxido de carbono puede ser tan alto que deprime
consiguiente, no se desarrolla el patrón vascular normal. La evi- la respiración en lugar de estimularla. Algunos de estos sujetos
dencia indica que este trastorno puede prevenirse o aminorarse sólo mantienen la respiración porque los quimiorreceptores
con la administración de vitamina E, la cual genera un efecto carotídeos y aórticos impulsan el centro respiratorio. Si se retira el
antioxidante y, en animales, con inhibidores de la hormona del impulso hipóxico con el suministro de oxígeno, la respiración
crecimiento. podría detenerse. Durante la apnea resultante, la PO2 arterial dis-
minuye, pero tal vez la respiración no se reanude, ya que la PCO2
La utilización de oxígeno al 100% a una presión alta acelera el deprime el centro respiratorio. Por consiguiente, en esta situa-
inicio de la toxicidad por oxígeno, con la producción no sólo de ción el tratamiento con oxígeno debe iniciarse con cuidado.
irritación traqueobronquial, sino también de sacudidas muscula-
res, “zumbido” en los oídos, mareo, crisis convulsivas y coma. La

produce síntomas por depresión del sistema nervioso central: confu- HIPOCAPNIA
sión, disminución de la agudeza sensorial y, al final, coma, depresión
respiratoria y muerte. La hipocapnia es resultado de la hiperventilación. Durante la hiper-
ventilación voluntaria, la PCO2 arterial cae de 40 hasta 15 mmHg,
En los pacientes con estos síntomas, la PCO2 es muy elevada y mientras la PO2 se eleva hasta 120 o 140 mmHg. Los efectos más
existe entonces acidosis respiratoria grave. Se excretan grandes can- duraderos de la hipocapnia se observan en pacientes neuróticos con
tidades de bicarbonato, pero es más lo que se reabsorbe, lo cual eleva hiperventilación crónica. El flujo sanguíneo cerebral debe reducirse
el bicarbonato plasmático y compensa de manera parcial la acidosis. 30% o más por el efecto constrictor directo de la hipocapnia en los
vasos cerebrales. La isquemia cerebral causa vahído, mareo y pares-
El dióxido de carbono es tanto más soluble comparado con el tesias. La hipocapnia también aumenta el gasto cardiaco. Tiene efec-
oxígeno, por lo cual la hipercapnia rara vez constituye un problema to constrictor directo en muchos vasos periféricos, pero deprime el
en pacientes con fibrosis pulmonar. Sin embargo, ésta aparece en la centro vasomotor, por lo que la presión sanguínea casi siempre per-
desigualdad entre ventilación y perfusión, y también cuando por manece sin cambios o sólo se incrementa un poco.
cualquier razón la ventilación alveolar es inadecuada en las diversas
presentaciones de la falla de bomba. Se exacerba cuando la produc- Otras consecuencias de la hipocapnia se deben a la alcalosis res-
ción de dióxido de carbono aumenta. Por ejemplo, en pacientes piratoria relacionada, el pH sanguíneo aumenta a 7.5 o 7.6. El nivel
febriles hay incremento de 13% en la generación de dióxido de car- plasmático de bicarbonato es bajo, pero la reabsorción de bicarbonato
bono por cada incremento de 1°C en la temperatura, y el consumo disminuye por la inhibición de la secreción de ácido renal por la PCO2
elevado de carbohidratos aumenta la producción de dióxido de car- baja. El nivel plasmático total de calcio no cambia, pero el de Ca2+
bono por la elevación del cociente respiratorio. En situaciones nor- iónico plasmático disminuye y las personas con hipocapnia presentan
males, la ventilación alveolar se incrementa y se espira el dióxido de espasmo carpopedal, signo de Chvostek y otros signos de tetania.
carbono adicional, pero se acumula cuando se afecta la ventilación.

CAPÍTULO 35 Transporte de gas y pH 655

RESUMEN DEL CAPÍTULO D) está unido con cloro.
E) se encuentra en el bicarbonato.
■ Las diferencias de la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono
en aire y en sangre dictan el flujo neto de oxígeno hacia la sangre y 2. ¿Cuál de los siguientes tiene el mayor efecto en la propiedad de la
de dióxido de carbono fuera de la sangre en el sistema pulmonar. sangre para transportar oxígeno?

■ La concentración de oxígeno en sangre depende de la cantidad A) Capacidad de la sangre para disolver el oxígeno.
disuelta (menor) y la porción unida (mayor) con la hemoglobina. B) Cantidad de hemoglobina en la sangre.
Cada molécula de hemoglobina contiene cuatro subunidades y C) El pH plasmático.
cada una puede unirse con el oxígeno. La unión cooperativa de D) Contenido de dióxido de carbono de los eritrocitos.
hemoglobina con oxígeno también depende del pH, la E) Temperatura sanguínea.
temperatura y la concentración de 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG).
3. De las ecuaciones siguientes: ¿cuál es la verdadera que
■ El dióxido de carbono en sangre se convierte pronto en ácido corresponde al sistema?
carbónico por la actividad de la anhidrasa carbónica. El dióxido CO2 +H2O←→1 H2CO3 ←→2 H+ +HCO3–
de carbono también forma con facilidad compuestos carbamino A) La reacción 2 es catabolizada por la anhidrasa carbónica.
con las proteínas sanguíneas (incluida la hemoglobina). La B) A causa de la reacción 2 disminuye el pH de la sangre durante
pérdida neta rápida de dióxido de carbono permite que más de la hiperventilación.
éste se disuelva en la sangre. C) La reacción 1 aparece en los eritrocitos.
D) La reacción 1 aparece predominantemente en el plasma.
■ El pH plasmático es de 7.4. El descenso en el pH plasmático se E) Las reacciones se desplazan hacia la derecha de la curva cuando
denomina acidosis y el aumento se llama alcalosis. hay exceso de H+ en los tejidos.
El cambio a corto plazo en PCO2 arterial causado por
disminución de la ventilación ocasiona acidosis respiratoria. La 4. Al comparar las acidosis respiratoria y metabólica, ambas no
modificación a corto plazo de PCO2 arterial por incremento de la descompensadas: ¿cuál de las aseveraciones siguientes es
ventilación produce alcalosis respiratoria. La acidosis metabólica verdadera?
aparece cuando se agregan a la sangre ácidos fuertes y la alcalosis
metabólica se produce cuando se agregan bases potentes a la A) El cambio del pH plasmático siempre es mayor en la acidosis
sangre (o se extraen de la misma ácidos potentes). respiratoria no compensada en comparación con la acidosis
metabólica no compensada.
■ La compensación respiratoria de la acidosis o la alcalosis implica
cambios respiratorios rápidos. Estos cambios modifican de B) No existe mecanismo de compensación de la acidosis
manera efectiva la PCO2 en el plasma. Los mecanismos de respiratoria, mientras se cuenta con la compensación
compensación renal son mucho más lentos e incluyen secreción respiratoria para la acidosis metabólica.
de hidrogeniones o reabsorción de bicarbonato.
C) La acidosis respiratoria no compensada comprende cambios en
■ La hipoxia es la deficiencia de oxígeno en los tejidos; tiene fuertes [HCO3−] plasmático en tanto que [HCO3−] plasmático no
consecuencias en los ámbitos celular, hístico y orgánico; puede cambia en la acidosis metabólica no compensada.
alterar los factores de transcripción celular y, por tanto, la
expresión de proteínas; es capaz de modificar con rapidez la D) La acidosis respiratoria no compensada se acompaña de
función cerebral y generar síntomas similares a los del alcohol (p. cambios en la PCO2 en tanto que en la acidosis metabólica no
ej., mareo, alteración de la función mental, somnolencia, cefalea), compensada la PCO2 es constante.
y quizás afecte la ventilación. La hipoxia a largo plazo puede
producir muertes celular e hística. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE Crystal RG, West JB (editors): The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed.
Raven Press, 1997.
Para todas las preguntas seleccione la mejor respuesta, a menos que se
especifique otra indicación. Fishman AP, et al (editors): Fishman’s Pulmonary Diseases and
Disorders, 4th ed. McGraw-Hill, 2008.
1. La mayor parte del dióxido de carbono transportado en la sangre
Hackett PH, Roach RC: High-altitude illness. N Engl J Med
A) está disuelto en el plasma. 2001;345:107.
B) se encuentra en compuestos carbamino formados a partir de
Laffey JG, Kavanagh BP: Hypocapnia. N Engl J Med 2002;347:43.
las proteínas plasmáticas. Voelkel NF: High-altitude pulmonary edema. N Engl J Med
C) se halla en compuestos carbamino formados a partir de
2002;346:1607.
hemoglobina. West JB: Pulmonary Pathophysiology, 7th ed. Wolters Kluwer/

Lippincott Williams & Wilkins, 2008.
West JB: Respiratory Physiology, 8th ed. Wolters Kluwer/Lippincott

Williams & Wilkins, 2008.



Regulación CAPÍTULO
de la respiración
36

OBJETIVOS ■ Localizar el complejo pre-Bötzinger y describir su función en la producción de la
respiración espontánea.
Después de revisar este
capítulo, el lector será ■ Identificar la ubicación y probables funciones de los grupos dorsal y ventral de las
capaz de: neuronas respiratorias, el centro neumotorácico y el centro apnéusico en el tallo
encefálico.

■ Numerar las funciones respiratorias específicas de los nervios vagos y los receptores
respiratorios 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 dióxido 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
respiración.

■ Describir los efectos del ejercicio en la ventilación y el intercambio de oxígeno en
los tejidos.

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

INTRODUCCIÓN que producen la respiración están reguladas por modificaciones en
la PO2, la PCO2 y la concentración de hidrogeniones (H+), y este
La respiración espontánea surge por las descargas rítmicas de las control químico de la respiración está complementado por varias
neuronas motoras que inervan los músculos respiratorios. Esta
descarga depende por completo de impulsos nerviosos del cerebro; influencias no químicas. En este capítulo, se describen las bases
la respiración se detiene si la médula espinal se corta por arriba del
origen de los nervios frénicos. Las descargas rítmicas del cerebro fisiológicas de tales fenómenos.

CONTROL NERVIOSO células marcapasos en el bulbo raquídeo. Los impulsos de estas célu-
DE LA RESPIRACIÓN las activan neuronas motoras en la médula espinal cervical y torácica
que inervan los músculos respiratorios. Los de la médula cervical
SISTEMAS DE CONTROL estimulan el diafragma mediante los nervios frénicos y los de la
médula torácica, hacen lo propio con los músculos intercostales
Dos mecanismos nerviosos separados regulan la respiración. Uno externos. Sin embargo, los impulsos también llegan a la inervación
está encargado del control voluntario y el otro, del automático. El de los músculos intercostales internos y otros músculos espiratorios.
sistema voluntario se encuentra en la corteza cerebral y envía impul-
sos a las neuronas motoras respiratorias mediante los haces cortico- Las neuronas motoras que llegan a los músculos espiratorios se
espinales. El sistema automático está impulsado por un grupo de inhiben cuando se activan aquellas que inervan a los músculos ins-
piratorios y viceversa. Aunque los reflejos espinales contribuyen a
esta inervación recíproca, ésta se debe sobre todo a la actividad de

657

658 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

las vías descendentes. Los impulsos de dichas vías excitan a los ago- un efecto colateral que limita el uso de los opioides en el tratamiento
nistas e inhiben a los antagonistas. La única excepción a la inhibi- del dolor. Sin embargo, hoy se sabe que existen receptores 5HT4 en
ción recíproca es una ligera actividad en los axones frénicos durante el complejo pre-Bötzinger y el tratamiento con agonistas 5HT4 anta-
un periodo corto después de la inspiración. Al parecer, la función de goniza el efecto inhibidor de los opioides en la respiración en anima-
esta eferencia posinspiratoria es frenar la recuperación elástica de los les de experimentación, sin bloquear su efecto analgésico.
pulmones y suavizar la respiración.
Además, se conocen grupos dorsal y ventral de neuronas respi-
SISTEMAS BULBARES ratorias en el bulbo raquídeo (fig. 36-2). No obstante, las lesiones de
dichas neuronas no suprimen la actividad respiratoria; al parecer,
Los principales componentes del generador del patrón de control éstas se proyectan a las neuronas marcapaso pre-Bötzinger.
respiratorio encargados de la respiración automática se localizan en
el bulbo raquídeo. La respiración rítmica se inicia en un pequeño INFLUENCIAS PONTINAS
grupo de células marcapasos acopladas mediante sinapsis en el com- Y VAGALES
plejo pre-Bötzinger (pre-BÖTC) a ambos lados de la médula, entre
el núcleo ambiguo y el núcleo reticular lateral (fig. 36-1). Tales neu- Aunque la descarga rítmica de las neuronas bulbares encargadas de
ronas descargan de manera rítmica y generan descargas rítmicas en la respiración es espontánea, se modifica por influencia de neuronas
las neuronas motoras frénicas, las cuales se abolen con la sección en la protuberancia y las aferentes del vago provenientes de recepto-
entre el complejo pre-Bötzinger y dichas neuronas motoras. Asimis- res en las vías respiratorias y en los pulmones. Un área conocida
mo, ellas establecen contacto con los núcleos hipoglosos y la lengua como centro neumotáxico en los núcleos parabraquial medial y de
participa en la regulación de la resistencia de la vía respiratoria. Kölliker-Fuse de la región dorsolateral de la protuberancia contiene
neuronas que se activan durante la inspiración y otras que lo hacen
Las neuronas del complejo pre-Bötzinger producen descargas en el curso de la espiración. Cuando esta área se daña, la respiración
rítmicas en preparaciones de cortes cerebrales in vitro y, si las seccio- se vuelve más lenta y el volumen por latido aumenta; cuando los
nes sufren hipoxia, la descarga cambia a una relacionada con el nervios vagos también se cortan en animales anestesiados, ocurren
jadeo. La adición de cadmio a estos cortes cerebrales causa patrones espasmos inspiratorios prolongados semejantes a la pausa respirato-
ocasionales de descarga parecidos a suspiros. Dichas neuronas tie- ria (apneusia; sección B, fig. 36-2). Se desconoce la función normal
nen receptores NK1 y opioides μ e, in vivo, la sustancia P estimula la del centro neumotáxico, pero tal vez participe en el cambio entre la
respiración, pero los opioides la inhiben. La depresión respiratoria es inspiración y la espiración.

XII NA El estiramiento de los pulmones durante la inspiración inicia
5SP Pre-BÖTC impulsos en las fibras vagales pulmonares aferentes, que inhiben la
descarga inspiratoria. Por tal razón, la profundidad de la inspiración
IO se incrementa después de la vagotomía (fig. 36-2) y hay apneusia
cuando se cortan los nervios vagos después del daño al centro neu-
LRN motáxico. La actividad de la retroalimentación vagal no altera la
velocidad de elevación de la actividad nerviosa en las neuronas
motoras respiratorias (fig. 36-3).

Si la actividad de las neuronas inspiratorias aumenta en anima-
les intactos, se incrementa la frecuencia y la profundidad de la respi-
ración. Dicha profundidad se eleva porque los pulmones se estiran
en mayor medida antes que la magnitud de la actividad vagal y del
centro neumotáxico sea suficiente para contrarrestar la descarga
más intensa de las neuronas inspiratorias. La frecuencia respiratoria
aumenta porque la posdescarga de las aferentes vagales y tal vez las
neumotáxicas hacia el bulbo raquídeo se contrarrestan con rapidez.

20 mV REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD
RESPIRATORIA
–60 mV
Un incremento en la PCO2 o la concentración de hidrogeniones en
5s sangre arterial, o un descenso de la PO2 aumenta el grado de activi-
dad de las neuronas respiratorias en el bulbo raquídeo; los cambios
FIGURA 361 Células marcapaso en el complejo pre-Bötzinger en sentido contrario tienen efecto inhibidor. Los efectos de las varia-
ciones en la química sanguínea sobre la ventilación están mediados
(pre-BÖTC). Arriba: diagrama anatómico del pre-BÖTC de una rata en por los quimiorreceptores respiratorios, los cuerpos carotídeos y
etapa neonatal. Abajo: muestra del trazo de descargas rítmicas de las aórticos, así como los grupos de células en el bulbo raquídeo y en
neuronas en el complejo pre-Bötzinger de un corte cerebral de rata otros sitios sensibles a los cambios en la química sanguínea. Se ini-
neonatal. IO, oliva inferior; LRN, núcleo reticular lateral; NA, núcleo
ambiguo; XII, núcleo del XII par craneal; 5SP, núcleo espinal del nervio
trigémino. (Modificada de Feldman JC, Gray PA: Sighs and gasps in a dish. Nat

Neurosci 2000;3:531.)

CAPÍTULO 36 Regulación de la respiración 659

A
IC NPBL

CP B
C
4° IX
vent.

VRG X
XI

XII

DRG

D Vagos cortados
Vagos intactos

FIGURA 362 Neuronas respiratorias en el tallo encefálico. Vista neuronas respiratorias; VRG, grupo ventral de neuronas respiratorias;
NPBL, núcleo parabraquial (centro neumotáxico); 4° vent., cuarto
dorsal del tallo encefálico; se retiró el cerebelo. Se muestran los efectos ventrículo; IC, colículo inferior; CP, pedúnculo cerebelar medio. Los
de varias lesiones y secciones del tallo encefálico; los trazos del números romanos identifican los pares craneales. (Modificada a partir de
espirómetro a la derecha indican la profundidad y la frecuencia
respiratorias. Si se introduce una lesión en D, la respiración cesa. Se Mitchell RS, Berger A: State of the art: Review of neural regulation of respiration. Am Rev
muestran los efectos de cortes más altos, con y sin sección de nervios
vagos (véase el texto para obtener detalles). DRG, grupo dorsal de Respir Dis 1975;111:206.)

cian los impulsos que estimulan el centro respiratorio. A esto se constante, se combaten los efectos del exceso de hidrogeniones en
superpone el control químico de la respiración básico, otras aferen-
tes aportan controles no químicos que afectan la respiración en sangre y la PO2 se eleva cuando disminuye a un nivel que pudiera ser
situaciones particulares (cuadro 36-1). peligroso. El volumen respiratorio por minuto es proporcional a la

CONTROL QUÍMICO tasa metabólica, pero el vínculo entre el metabolismo y la ventila-
DE LA RESPIRACIÓN
ción es el dióxido de carbono, no el oxígeno. Los receptores de los
Los mecanismos reguladores químicos ajustan la ventilación de tal
manera que en estados normales, la PCO2 alveolar se mantiene cuerpos carotídeos y aórticos se estimulan por el aumento de la

PCO2 o la concentración de hidrogeniones en la sangre arterial, o
por el descenso de la PO2. Después de la desnervación de los qui-
miorreceptores carotídeos, se suprime la respuesta a un decremento

en la PO2; el efecto predominante de la hipoxia después de la desner-
vación de los cuerpos carotídeos es una depresión directa del centro

respiratorio. La respuesta a los cambios en la concentración sanguí-

nea arterial de hidrogeniones en el intervalo de pH de 7.3 a 7.5 tam-

bién se destruye, aunque los cambios más intensos pueden tener

Actividad eferente Actividad aferente A CUADRO 361 Estímulos que afectan al centro
frénica sumada vagal sumada B
respiratorio

Control químico

B CO2 (mediante concentración de H+ en LCR y líquido intersticial cerebral)
A
O2 (mediante los cuerpos carotídeos y aórticos)
H+

Control no químico

0 12 Aferentes vagales de receptores en las vías respiratorias y pulmones

Tiempo (s) Aferentes de la protuberancia, el hipotálamo y el sistema límbico

FIGURA 363 Las fibras vagales aferentes inhiben la descarga Aferentes de propioceptores

respiratoria. Registros superpuestos de dos respiraciones: (A) con y (B) Aferentes de barorreceptores: arteriales, auriculares, ventriculares,
sin actividad aferente vagal de retroalimentación de los receptores de pulmonares
estiramiento en los pulmones. Nótese que la velocidad de incremento
en la actividad del nervio frénico que llega al diagrama no se modifica,
pero la descarga se prolonga en ausencia de señales vagales.

660 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

algún efecto. Por otro lado, la reacción a los cambios en la PCO2 Célula tipo II Axones aferentes
arterial sólo se altera un poco; ésta se reduce no más de 30 a 35%. glosofaríngeos

CUERPOS CAROTÍDEOS Célula tipo I
Y AÓRTICOS (del glomo)

Hay un cuerpo carotídeo cerca de la bifurcación carotídea en ambos FIGURA 365 Organización del cuerpo carotídeo. Las células tipo
lados y casi siempre se observan dos o más cuerpos aórticos cerca
del cayado aórtico (fig. 36-4). Cada cuerpo (glomo) carotídeo y aór- I (del glomo) contienen catecolaminas. Cuando se exponen a la hipoxia,
tico contiene islas de dos tipos de células: I y II, que se encuentran liberan sus catecolaminas, que estimulan las terminaciones cóncavas de
rodeadas por capilares sinusoidales fenestrados. Las células del glo- las fibras nerviosas del seno carotídeo en el nervio glosofaríngeo. Las
mo o tipo I están muy relacionadas con terminaciones cóncavas en células tipo II similares a las gliales rodean a las células tipo I; es probable
los nervios aferentes (fig. 36-5). Las células del glomo se parecen a que éstas tengan función de soporte.
las células cromafines suprarrenales; presentan densos gránulos cen-
trales que contienen catecolaminas, que se liberan por la exposición
a hipoxia y cianuro. Las células se estimulan por la hipoxia y parece
que el principal transmisor es la dopamina, la cual estimula las ter-
minaciones nerviosas mediante los receptores D2. Las células tipo II
son parecidas a las gliales y cada una rodea a cuatro a seis células tipo
I. La función de las células tipo II no está completamente definida.

Fuera de la cápsula de cada cuerpo, las fibras nerviosas adquie-
ren una vaina de mielina, pero sólo miden 2 a 5 μm de diámetro y
conducen a una velocidad relativamente lenta de 7 a 12 m/s. Las afe-

Cuerpo carotídeo

Seno carotídeo rentes de los cuerpos carotídeos ascienden al bulbo raquídeo por el
seno carotídeo y los nervios glosofaríngeos; las células de los cuerpos
Arterias carótidas aórticos ascienden por los vagos. Los estudios en los que se aísla un
primitivas cuerpo carotídeo y se perfunde mientras se registra la actividad de
sus fibras nerviosas aferentes, muestran la aparición de un aumento
Cuerpos aórticos gradual en el tránsito de los impulsos de estas fibras aferentes confor-
me disminuye la PO2 o aumenta la PCO2 de tales fibras (fig. 36-6).

Las células del glomo tipo I tienen conductos de potasio sensi-
bles al oxígeno, cuya conductancia se reduce en proporción al grado
de hipoxia al que se exponen. Esto disminuye la salida de iones pota-
sio (K+), despolariza la célula e induce entrada de iones calcio (Ca2+),

Cayado aórtico Impulsos/s 8
6
Corazón 4
2
FIGURA 364 Sitio en que están los cuerpos carotídeos y
0 100 200 400 600
aórticos. Los cuerpos carotídeos están cerca de un gran barorreceptor
arterial que es el seno carotídeo. Los cuerpos aórticos se señalan cerca PO2 arterial (mmHg)
del cayado aórtico.
FIGURA 366 Efecto de la PCO2 en las descargas del nervio

aferente. Se grafica la velocidad de descarga de una sola fibra aferente
del cuerpo carotídeo (puntos) con varias PO2 y se adapta a una línea. Se
observa aumento marcado en la velocidad de descarga conforme la PO2
cae por debajo de los niveles de reposo normales (o sea, cerca de
100 mmHg). (Por cortesía de S. Sampson.)

CAPÍTULO 36 Regulación de la respiración 661

sobre todo por los conductos de calcio tipo L. La entrada de calcio PirámideProtuberanciaVI
inicia potenciales de acción y liberación de transmisor, con la exci- RR
tación subsiguiente de las terminaciones nerviosas aferentes. El V
músculo liso de las arterias pulmonares posee conductos de potasio CC VII
similares sensibles al oxígeno, que median la vasoconstricción cau- VIII
sada por la hipoxia. Esto contrasta con las arterias sistémicas, que
contienen conductos de potasio dependientes de trifosfato de ade- IX
nosina (ATP); ellos hacen posible mayor salida de iones potasio con X
la hipoxia y, por consiguiente, inducen vasodilatación en lugar de XI
vasoconstricción.
XII
El flujo sanguíneo de cada 2 mg del cuerpo carotídeo es cercano
a 0.04 ml/min, o 2 000 ml/100 g de tejido por minuto, en compara- FIGURA 367 Áreas quimiosensibles rostral (R) y caudal (C) en la
ción con un flujo sanguíneo de 54 ml o 420 ml por 100 g/min en el
cerebro y los riñones, respectivamente. Como el flujo sanguíneo por superficie ventral del bulbo raquídeo. Para mejor identificación, se
unidad de tejido es enorme, las necesidades de oxígeno de las células han señalado a los pares craneales, la pirámide y la protuberancia.
pueden satisfacerse en gran medida sólo con el oxígeno disuelto. Por
tanto, los receptores no se estimulan en estados patológicos, como Los quimiorreceptores vigilan la concentración de hidrogenio-
anemia o intoxicación por monóxido de carbono, en los que la can- nes en el líquido cefalorraquídeo (LCR), incluido el líquido intersti-
tidad de oxígeno disuelto en la sangre que llega a los receptores suele cial cerebral. El dióxido de carbono penetra con cierta facilidad las
ser normal, aunque el oxígeno combinado en la sangre esté muy dis- membranas, también la barrera hematoencefálica, en tanto que los
minuido. Los receptores se estimulan cuando la PO2 arterial es baja hidrogeniones y el bicarbonato (HCO3−) las atraviesan despacio. El
y si disminuye la cantidad de oxígeno que llega a los receptores por dióxido de carbono que ingresa al cerebro y al líquido cefalorraquí-
unidad de tiempo a causa de estasis vascular. El cianuro también deo se hidrata pronto. El H2CO3 se disocia, por lo que la concentra-
genera estimulación potente, ya que impide la utilización del oxíge- ción local de los hidrogeniones se eleva. La concentración de
no en los tejidos. En dosis suficientes, la nicotina y la lobelina activan hidrogeniones en el líquido intersticial cerebral es paralela a la PCO2
los quimiorreceptores. Asimismo, hay informes de que la infusión arterial. Los cambios experimentales en la PCO2 del líquido cefalo-
de potasio aumenta la velocidad de descarga en las aferentes de los raquídeo tienen efectos menores y variables en la respiración, siem-
quimiorreceptores, y este incremento tal vez contribuya a la hiper- pre que la concentración de hidrogeniones se mantenga constante,
pnea inducida por el ejercicio. pero cualquier incremento en dicha concentración en el líquido
cefalorraquídeo estimula la respiración. La magnitud de la estimula-
Por su ubicación anatómica, los cuerpos aórticos no se han ción es proporcional al aumento en la concentración de hidrogenio-
estudiado con tanto detalle como los carotídeos. Es probable que sus nes. Por tanto, los efectos del dióxido de carbono en la respiración se
respuestas sean similares, pero de menor magnitud. En seres huma- deben sobre todo a su desplazamiento hacia el líquido cefalorraquí-
nos con extirpación de los cuerpos carotídeos, pero con los aórticos deo y el líquido intersticial cerebral, donde aumenta la cifra de
intactos, las respuestas son las mismas comparadas con la desnerva- hidrogeniones y estimula los receptores sensibles a los iones hidró-
ción de los cuerpos carotídeos y aórticos en animales: poco cambio geno.
de la ventilación en reposo, pero pérdida de la respuesta ventilatoria
a la hipoxia y reacción ventilatoria al dióxido de carbono reducida RESPUESTAS VENTILATORIAS
30%. A LOS CAMBIOS EN EL EQUILIBRIO
ACIDOBÁSICO
En las vías respiratorias, se encuentran los cuerpos neuroepite-
liales, que están compuestos por cúmulos inervados de células que En la acidosis metabólica generada, por ejemplo por acumulación de
contienen amina. Tales células tienen una corriente de potasio ioni- cuerpos cetónicos ácidos en la circulación de pacientes diabéticos,
zado hacia el exterior que se reduce con la hipoxia, lo cual se espera- existe una estimulación respiratoria pronunciada (respiración de
ría que generara despolarización. Sin embargo, se desconoce la Kussmaul). La hiperventilación disminuye la PCO2 alveolar (“expul-
función de estas células sensibles a la hipoxia porque, como se indicó sa el dióxido de carbono”) y así produce un descenso compensador
antes, la eliminación de los cuerpos carotídeos solos elimina la res- en la concentración sanguínea de hidrogeniones. Por el contrario, en
puesta respiratoria a la hipoxia. la alcalosis metabólica causada, por ejemplo, por el vómito prolon-
gado con pérdida de ácido clorhídrico, la ventilación se deprime y la
QUIMIORRECEPTORES PCO2 se eleva, lo cual incrementa la concentración de hidrogenio-
EN EL TALLO ENCEFÁLICO nes hacia el valor normal. Si hay un aumento ventilatorio que no se
deba al aumento de la concentración arterial de hidrogeniones, la
Los quimiorreceptores que median la hiperventilación producida caída de la PCO2 reduce la concentración de éstos por debajo de lo
por aumento en la PCO2 arterial después de la desnervación de los
cuerpos carotídeos y aórticos, se localizan en el bulbo raquídeo y se
llaman quimiorreceptores bulbares. Están separados de las neuro-
nas respiratorias dorsales y ventrales, y se sitúan en la superficie ven-
tral del bulbo raquídeo (fig. 36-7). La evidencia reciente indica que
los quimiorreceptores adicionales se encuentran en la vecindad del
núcleo del haz solitario, el locus cerúleo y el hipotálamo.

662 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

normal (alcalosis respiratoria); por el contrario, la hipoventilación 32 ± 1 SE
que no es consecutiva a la disminución de la concentración plasmá-
tica de hidrogeniones, causa acidosis respiratoria.

RESPUESTAS VENTILATORIAS 28Volumen respiratorio por minuto (L/min)
AL DIÓXIDO DE CARBONO
24
La PCO2 arterial normal se conserva en 40 mmHg. Cuando la PCO2
arterial se eleva a causa del aumento en el metabolismo, se estimula 20
la ventilación y se incrementa la velocidad de excreción pulmonar de
dióxido de carbono hasta que la PCO2 se normaliza, lo cual termina 16
con el estímulo. La operación de este mecanismo de retroalimenta-
ción conserva la excreción y la producción de dióxido de carbono en 12
equilibrio.
8
Cuando se inhala una mezcla de gas que contiene CO2, la pre-
sión alveolar de este compuesto se eleva, lo cual aumenta la PCO2 4
arterial y estimula la ventilación en cuanto la sangre que contiene
más dióxido de carbono llega al bulbo raquídeo. La eliminación de 38 40 42 44 46 48 50
este último gas se incrementa y la PCO2 alveolar regresa a la norma- PCO2 alveolar (mmHg)
lidad. Por tal razón, las elevaciones grandes en la PCO2 del gas inspi-
rado (p. ej., 15 mmHg) generan aumentos relativamente pequeños FIGURA 368 Respuestas de sujetos normales a la inhalación de
en la PCO2 alveolar (p. ej., 3 mmHg). Sin embargo, esta última no
regresa a lo normal y se alcanza un nuevo equilibrio en el que se oxígeno (O2) y 2, 4 y 6% de dióxido de carbono (CO2). El aumento
encuentra un poco elevada y la hiperventilación persiste, siempre relativamente lineal en el volumen respiratorio por minuto como
que se inhale dióxido de carbono. La relación lineal entre el volumen respuesta al dióxido de carbono elevado se debe a un aumento tanto en
respiratorio por minuto y la PCO2 alveolar se muestra en la figura la profundidad como en la frecuencia respiratoria. (Con autorización de
36-8.
Lambertsen CJ. En: Medical Physiology, 13th ed. Mountcastle VB [ed.]. Mosby, 1974.)
Por supuesto que esta linealidad tiene un límite superior. Cuan-
do la PCO2 del gas inspirado está cerca de la PCO2 alveolar, la elimi- muy manifiestos hasta que se tornan lo bastante fuertes para rebasar
nación de este gas se vuelve difícil. Cuando el contenido de dióxido los efectos inhibidores contrarios de un declive en la concentración
de carbono en el gas inspirado es mayor de 7%, las PCO2 alveolar y arterial de hidrogeniones y la PCO2.
arterial empiezan a incrementarse de manera súbita a pesar de la
hiperventilación. La acumulación resultante de dióxido de carbono En la figura 36-10 se muestran los efectos ventilatorios del des-
en el organismo (hipercapnia) deprime al sistema nervioso central, censo de la PO2 alveolar mientras se conserva constante la PCO2
incluido el centro respiratorio; ocurre cefalea, confusión y, al final, alveolar. Cuando esta última se estabiliza en un nivel de 2 a 3 mmHg
coma (narcosis por dióxido de carbono). por arriba de lo normal, existe una relación inversa entre la ventila-
ción y la PO2 alveolar, incluso en el intervalo de 90 a 110 mmHg,
RESPUESTA VENTILATORIA pero cuando la PCO2 alveolar se fija en valores menores de lo nor-
A LA DEFICIENCIA DE OXÍGENO mal, la hipoxia no estimula la ventilación hasta que la PO2 alveolar
caiga por debajo de 60 mmHg.
Si el contenido de oxígeno del aire inspirado disminuye, el volumen
ventilatorio por minuto aumenta. La estimulación es ligera cuando EFECTOS DE LA HIPOXIA
la PO2 en el aire inspirado es mayor de 60 mmHg y sólo hay una EN LA CURVA DE RESPUESTA
estimulación marcada con cifras menores de PO2 (fig. 36-9). Sin DEL DIÓXIDO DE CARBONO
embargo, cualquier disminución en la PO2 arterial por debajo de 100
mmHg causa incremento en la descarga de los nervios de los qui- Cuando se realiza el experimento contrario; es decir, cuando la PO2
miorreceptores carotídeo y aórtico. Hay dos razones por las que este se mantiene constante mientras se prueba la respuesta a cantidades
incremento en el tránsito de impulsos no aumenta la ventilación en variables de dióxido de carbono inspirado, se obtiene una reacción
cualquier medida en personas normales, hasta que la PO2 es menor lineal (fig. 36-11). Si se valora la respuesta de dióxido de carbono a
de 60 mmHg. Primero, como la hemoglobina es un ácido más débil distintos valores fijos de PO2, la pendiente de la curva de respuesta
que la oxihemoglobina (HbO2), existe un leve descenso en la con- cambia, se hace más marcada si disminuye la PO2 alveolar. En otras
centración de hidrogeniones en sangre arterial cuando la PO2 arte- palabras, la hipoxia vuelve al individuo más sensible a los aumentos
rial se halla menos saturada con oxígeno. La disminución en la en la PCO2 arterial. Sin embargo, no se modifica el nivel de PCO2
concentración de hidrogeniones tiende a inhibir la respiración. Ade- alveolar en el que las curvas de la figura 36-11 se cruzan. En la per-
más, cualquier incremento en la ventilación que ocurra reduce la sona normal, esta cifra umbral está justo debajo de la PCO2 alveolar
PCO2 alveolar, y esto también tiende a impedir la respiración. Por
tanto, los efectos estimulantes de la hipoxia en la ventilación no son

CAPÍTULO 36 Regulación de la respiración 663

40 100

Ventilación (L/min) 30

20 Ventilación (L/min, BTPS) PAO255
75
10
PAO240
0
50 PAO2100
%O2 en gas inspirado 21 20 15 10 5
25
PO2 en gas inspirado160 152 114 76 38

Presión (mmHg) 120 0 50
100 PO2 alveolar 40

80 PACO2 (mmHg)
60
40 PCO2 alveolar FIGURA 3611 Desplegado de líneas que muestra las curvas de
20
respuesta de dióxido de carbono (CO2) con varios valores fijos de PO2
0 alveolar. La PAO2 baja produce una respuesta más sensible a la PACO2.
760 700 600 500 400 300 200 BTPS, temperatura y presión corporales, saturado con vapor de agua.

Presión barométrica (mmHg)

FIGURA 369 Arriba: volumen respiratorio promedio por minuto EFECTO DE LOS HIDROGENIONES EN LA
RESPUESTA DEL DIÓXIDO DE CARBONO
durante la primera media hora después de exposición a gases que
contienen diversas cantidades de oxígeno (O2). Hay cambios marcados Los efectos estimulantes de los hidrogeniones y el dióxido de carbo-
en la ventilación con valores de PO2 menores de 60 mmHg. En cada caso, no en la respiración parecen ser aditivos y no complejamente inter-
la línea horizontal indica la media; la barra vertical señala una desviación relacionados, como los de dióxido de carbono y el oxígeno. En la
estándar. Abajo: valores de PO2 y PCO2 alveolares cuando se respira aire acidosis metabólica, las curvas de respuesta al dióxido de carbono
a diversas presiones barométricas. Las dos gráficas están alineadas para son similares a las de la figura 36-11, salvo que se desvían a la izquier-
que la PO2 de las mezclas inspiradas de gases en la gráfica superior da. En otras palabras, aparece una estimulación respiratoria de la
corresponda con la PO2 con varias presiones barométricas en la gráfica misma magnitud con cifras arteriales más bajas de PCO2. Se calcula
inferior. (Cortesía de RH Kellogg.) que la curva de respuesta del dióxido de carbono se desvía 0.8 mmHg
a la izquierda por cada nanomol de aumento en los hidrogeniones
normal, lo cual indica que en condiciones habituales hay un “impul- arteriales. Se elimina cerca de 40% de la reacción ventilatoria al
so del dióxido de carbono” ligero, pero definitivo, en el área respira- dióxido de carbono si se previene el aumento del hidrogenión arte-
toria. rial causado por este gas. Como se indicó antes, tal vez el 60% restan-
te se deba al efecto del dióxido de carbono en el líquido espinal o a la
60 concentración de hidrogeniones en el líquido intersticial cerebral.

50 PAUSA RESPIRATORIA

Ventilación (L/min, BTPS) 40 La respiración puede inhibirse por control voluntario por algún tiem-
PACO249 po, pero al final se vence este control. El punto en el que la respiración
ya no puede impedirse de forma voluntaria se llama punto de quiebre.
30 Éste se debe al aumento de la PCO2 arterial y al descenso de la PO2. Las
PACO244 personas pueden detener la respiración más tiempo luego de eliminar
los cuerpos carotídeos. La respiración de oxígeno al 100% antes de
20 detener la respiración eleva la PO2 al principio, por lo que el punto de
quiebre se retrasa. Lo mismo se aplica a la hiperventilación de aire
10 PACO237 ambiental, ya que se expulsa dióxido de carbono y la PCO2 es más baja
al principio. Al parecer hay factores reflejos o mecánicos que influyen
0 60 80 100 120 140 en el punto de quiebre, ya que los sujetos que pausan la respiración lo
20 40 PAO2(mmHg) más posible y luego respiran una mezcla gaseosa baja en oxígeno y alta
en dióxido de carbono pueden detener la respiración por cerca de 20 s
FIGURA 3610 Ventilación con varios valores de PO2 alveolar más. Los factores psicológicos también participan y los sujetos pueden
interrumpir la respiración más tiempo cuando se les dice que su des-
cuando la PCO2 se mantiene constante en 49, 44 o 37 mmHg. Nótese empeño es muy bueno en comparación a cuando no se les dice.
el efecto drástico de la PAO2 en la respuesta ventilatoria cuando la PACO2
se incrementa por arriba de lo normal. BTPS, temperatura y presión
corporales, saturado con vapor de agua. (Datos de Loeschke HH y Gertz KH.)

664 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

INFLUENCIAS NO QUÍMICAS pillary en inglés). Éstos se estimulan por la hiperinflación pulmonar,
EN LA RESPIRACIÓN pero reaccionan también a la administración intravenosa o intracar-
diaca de sustancias, como la capsaicina. La reacción refleja generada
RESPUESTAS MEDIADAS es la apnea, seguida de respiración rápida, bradicardia e hipotensión
POR RECEPTORES EN VÍAS (quimiorreflejo pulmonar). Se obtiene una respuesta similar con
RESPIRATORIAS Y PULMONES los receptores del corazón (reflejo de Bezold-Jarisch o quimiorre-
flejo coronario). La participación fisiológica de este reflejo es incier-
Los receptores de las vías respiratorias y los pulmones están inerva- ta, pero quizá se presente en estados patológicos, como congestión
dos por fibras vagales mielinizadas y no mielinizadas. Estas últimas pulmonar o embolismo, en los cuales aquél se debe a sustancias
son fibras C. Los receptores inervados por las fibras mielinizadas a endógenas.
menudo se dividen en receptores de adaptación lenta y receptores
de adaptación rápida con base en si la estimulación sostenida gene- TOS Y ESTORNUDO
ra descarga prolongada o transitoria en las fibras nerviosas aferentes
(cuadro 36-2). Se supone que el otro grupo de receptores consiste en La tos inicia con una inspiración profunda seguida de espiración
terminaciones de fibras C y se clasifican en subgrupos pulmonar y forzada a través de la glotis cerrada. Esto aumenta la presión intra-
bronquial según su ubicación. pleural a 100 mmHg o más. Luego, la glotis se abre de manera súbita,
lo cual da lugar a la salida explosiva de aire a velocidades de hasta
El acortamiento de la inspiración que produce la actividad afe- 965 km/h. El estornudo es un esfuerzo espiratorio similar con la glo-
rente vagal (fig. 36-3) está mediado por receptores de adaptación tis abierta todo el tiempo. Estos reflejos expulsan irritantes y conser-
lenta, como los reflejos de Hering-Breuer. El reflejo de inflación de van limpias las vías respiratorias. En el Recuadro clínico 36-1 se
Hering-Breuer es un aumento en la duración de la espiración origi- consideran otros aspectos de la inervación en un caso especial.
nado por la inflación pulmonar constante, y el reflejo de desinflación
de Hering-Breuer corresponde al decremento en la duración de la AFERENTES DE LOS PROPIOCEPTORES
espiración producido por la desinflación marcada de los pulmones.
Como los receptores de adaptación rápida son estimulados por sus- Algunos experimentos controlados de manera cuidadosa muestran
tancias como la histamina, se les llama receptores irritantes. La ac- que los movimientos activos y pasivos de las articulaciones estimu-
tivación de los receptores de adaptación rápida en la tráquea causa lan la respiración, tal vez porque los impulsos en las vías aferentes de
tos, broncoconstricción y secreción mucosa; la activación de los los propioceptores en músculos, tendones y articulaciones estimulan
receptores de activación rápida en los pulmones tal vez ocasione las neuronas inspiratorias. Posiblemente este efecto ayude a aumen-
hiperpnea. tar la ventilación durante el ejercicio. Otras vías aferentes se conside-
ran en el Recuadro clínico 36-2.
Las terminaciones de las fibras C se hallan cerca de los vasos
pulmonares y se les denomina receptores J (yuxtacapilares, juxtaca-

CUADRO 362 Receptores en las vías respiratorias y los pulmones

Inervación Tipo Localización en Estímulo Respuesta
vagal intersticio Acortamiento del tiempo
inspiratorio
Mielinizadas Adaptación Entre las células de Inflación pulmonar Reflejos de inflación y desinflación
lenta músculo liso (?) de Hering-Breuer
Broncodilatación
Adaptación Entre las células Hiperinflación pulmonar Taquicardia
rápida epiteliales de las vías Hiperpnea
respiratorias Sustancias exógenas y endógenas (p. ej., Tos
histamina, prostaglandinas)
Fibras C no Fibras C Cerca de los vasos Constricción bronquial
mielinizadas pulmonares sanguíneos Hiperinflación pulmonar Secreción de moco
Sustancias exógenas y endógenas (p. ej., Apnea seguida de respiración rápida
Fibras C histamina, prostaglandinas) Constricción bronquial
bronquiales Bradicardia
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 36 Regulación de la respiración 665

RECUADRO CLÍNICO 36-1 RECUADRO CLÍNICO 36-2

Inervación pulmonar y pacientes Aferentes de los “centros
con trasplantes de corazón y pulmón superiores”

El trasplante de corazón y pulmonar ya es un tratamiento esta- El dolor y los estímulos emocionales afectan la respiración, por
blecido para la enfermedad pulmonar grave y otros padeci- lo cual también debe haber aferentes del sistema límbico y el
mientos. En las personas con trasplante, la aurícula derecha del hipotálamo a las neuronas respiratorias en el tallo encefálico.
receptor se sutura con el corazón injertado y el corazón del Además, aunque la respiración no suele ser un fenómeno cons-
donador no se inerva de nuevo; por ello, la frecuencia cardiaca ciente, tanto la inspiración como la espiración están bajo el
en reposo es elevada. La tráquea del injerto se sutura a la del control voluntario. Las vías para el control voluntario pasan de
receptor, justo por arriba de la carina, y las fibras aferentes de la neocorteza a las neuronas motoras que inervan los músculos
los pulmones no crecen de nuevo. Por consiguiente, los pacien- respiratorios, sin pasar por las neuronas bulbares.
tes saludables con trasplantes de corazón y pulmón brindan la
oportunidad de valorar la función de la inervación pulmonar Como el control voluntario y automático de la respiración
en la fisiología normal. Sus respuestas de tos a la estimulación se encuentran separados, la regulación automática a veces se
traqueal son normales porque la tráquea permanece inervada, interrumpe sin perder el control voluntario. La situación clínica
pero no existe respuesta de tos a la estimulación de las vías res- resultante se llama “maldición de Ondina”. En la leyenda ale-
piratorias. Los bronquios tienden a estar dilatados en mayor mana, Ondina era una ninfa acuática que tenía un amante mor-
medida de lo normal. Además, aparece la cantidad normal de tal infiel. El rey de las ninfas del agua castigó al amante con una
bostezos y suspiros, lo cual indica que éstos no dependen de la maldición que le arrebató todas sus funciones automáticas. En
inervación pulmonar. Por último, existe ausencia de los reflejos este estado, sólo podía sobrevivir si permanecía despierto y
de Hering-Breuer, pero el patrón respiratorio en reposo es nor- recordaba respirar. Al final, se quedó dormido por agotamiento
mal, lo cual indica que estos reflejos no llevan a cabo una fun- y su respiración se detuvo.
ción importante en la regulación de la respiración en reposo en
los seres humanos. Los pacientes con este intrigante trastorno casi siempre
tienen poliomielitis bulbar o procesos patológicos que compri-
men el bulbo raquídeo.

COMPONENTES RESPIRATORIOS el retorno venoso al corazón, lo cual beneficia la circulación; se sugi-
DE LOS REFLEJOS VISCERALES rió que es una señal no verbal empleada para la comunicación entre
monos en un grupo y podría argumentarse que a un nivel distinto, lo
La inhibición de la respiración y el cierre de la glotis durante el vómi- mismo se aplica a los seres humanos.
to, la deglución y los estornudos no sólo evita la aspiración de ali-
mento hacia la tráquea, en el caso del vómito, también fija el tórax EFECTOS RESPIRATORIOS
para que la contracción de los músculos abdominales aumente la DE LA ESTIMULACIÓN
presión intraabdominal. Hay cierre de la glotis e inhibición de la res- EN LOS BARORRECEPTORES
piración similares durante el pujo voluntario y el involuntario.
Las fibras aferentes de los barorreceptores en senos carotídeos, caya-
El hipo constituye una contracción espasmódica del diafragma do aórtico, aurículas y ventrículos relevan la información a las neu-
y otros músculos inspiratorios; esto origina una inspiración durante ronas respiratorias, así como también a las neuronas vasomotoras e
la cual la glotis se cierra de forma súbita. El cierre glótico es el cau- inhibidoras cardiacas en el bulbo raquídeo. Los impulsos de estos
sante de la sensación y el sonido característicos. El hipo ocurre en el receptores impiden la respiración, pero el efecto inhibidor es leve y
feto dentro del útero y durante toda la vida extrauterina. Su función tiene poca importancia fisiológica. En el estado de choque, la hiper-
se desconoce. La mayoría de los episodios de hipo es de corta dura- ventilación se debe a estimulación de los quimiorreceptores causada
ción y a menudo responde a la pausa respiratoria u otras medidas por acidosis e hipoxia consecutivas al estancamiento local del flujo
que aumentan la PCO2 arterial. El hipo intratable, que puede ser sanguíneo; aquélla no está mediada por barorreceptores. La activi-
debilitante, a veces reacciona a los antagonistas de la dopamina y tal dad de las neuronas inspiratorias influye en la presión sanguínea y la
vez a algunos compuestos analgésicos de acción central. frecuencia cardiaca, y la actividad de las áreas vasomotora y cardiaca
del bulbo raquídeo quizá cause efectos menores en la respiración.
El bostezo es un acto respiratorio peculiar “contagioso”, cuyas
bases e importancia fisiológicas se desconocen. Como el hipo, se EFECTOS DEL SUEÑO
observa en la vida intrauterina; existe en peces y tortugas, así como
en los mamíferos. Ya se desacreditó la idea de que es necesario para La respiración se controla de modo menos riguroso durante el sueño
aumentar el ingreso de oxígeno. Los alveolos hipoventilados presen- en comparación con la vigilia, los adultos normales tienen breves
tan tendencia a colapsar y se sugirió que la inspiración profunda con periodos de apnea durante el sueño. Los cambios en la respuesta
estiramiento de los mismos previene el desarrollo de atelectasias. Sin
embargo, en experimentos reales no pudo demostrarse que el boste-
zo tuviera un efecto preventivo de estas últimas. El bostezo aumenta

666 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

ventilatoria a la hipoxia varían. Si la PCO2 cae durante la vigilia, Presión parcial (mmHg) 160
varios estímulos de los propioceptores y el ambiente mantienen la
120
respiración, pero en el curso del sueño estos estímulos se hallan dis- PO2 alveolar

minuidos y el descenso de la PCO2 puede causar apnea. Durante el 80
sueño con movimientos oculares rápidos, la respiración es irregular

y la respuesta al dióxido de carbono es muy variable.

ANOMALÍAS RESPIRATORIAS 40Patrón
respiratorio
ASFIXIA PCO2 alveolar
0
En la asfixia generada por oclusión de la vía respiratoria, se desarro-
llan juntas la hipercapnia y la hipoxia agudas. La estimulación respi- 01 23456
ratoria es pronunciada, con esfuerzos respiratorios violentos. La Tiempo después de detener la respiración
presión sanguínea y la frecuencia cardiaca se elevan de manera agu- (min)
da, aumenta la secreción de catecolaminas y el pH sanguíneo tiene
una reducción súbita. Al final los esfuerzos respiratorios cesan, la FIGURA 3612 Cambios en la respiración y la composición del
presión sanguínea cae y la frecuencia cardiaca disminuye. En este
punto, los animales asfixiados aún pueden reanimarse con respira- aire alveolar después de hiperventilación forzada por 2 min. Las
ción artificial, aunque tienden a la fibrilación ventricular, tal vez por barras en la parte inferior indican la respiración, mientras los espacios en
la combinación de daño miocárdico hipóxico y los valores altos de blanco significan apnea.
catecolaminas circulantes. Si no se inicia la respiración artificial, el
paro cardiaco ocurre en 4 o 5 min. bono se normalice. Unas cuantas respiraciones eliminan el estímulo
hipóxico y la respiración se detiene hasta que la PO2 cae de nuevo.
AHOGAMIENTO Sin embargo, la PCO2 regresa de forma gradual a la normalidad y se
reanuda la respiración habitual. Los cambios en los patrones respira-
Éste corresponde a la asfixia generada por inmersión, casi siempre torios tal vez sean síntoma de enfermedad (Recuadro clínico 36-3).
en agua. En cerca de 10% de los ahogamientos, los primeros jadeos
con entrada de agua después de perder la lucha por no respirar cau- EFECTOS DEL EJERCICIO
san laringoespasmo y la muerte ocurre por asfixia sin presencia de
agua en los pulmones. En los casos restantes, al final los músculos de El ejercicio representa un ejemplo fisiológico para explorar muchos
la glotis se relajan y el líquido entra en los pulmones. El agua dulce de los sistemas de control explicados antes. Por supuesto que deben
se absorbe con rapidez, lo cual diluye el plasma y causa hemólisis operar muchos mecanismos cardiovasculares y respiratorios de
intravascular. El agua de mar es muy hipertónica y atrae líquido des- manera integrada para satisfacer las necesidades de oxígeno del teji-
de el sistema vascular a los pulmones; esto reduce el volumen plas- do activo, así como para eliminar del organismo el dióxido de carbo-
mático. El objetivo inmediato en el tratamiento del ahogamiento es no y el calor adicionales durante el ejercicio. Los cambios circulatorios
la reanimación, por supuesto, pero las medidas terapéuticas a largo aumentan el flujo sanguíneo muscular al tiempo que mantienen la
plazo también deben considerar los efectos circulatorios del agua en circulación adecuada en el resto del cuerpo. Además, se incrementa
los pulmones. la extracción de oxígeno de la sangre en los músculos activos, así
como la ventilación. Esto aporta oxígeno adicional, elimina parte del
RESPIRACIÓN PERIÓDICA calor y excreta el dióxido de carbono adicional. A continuación, se
presenta una descripción enfocada en la regulación ventilatoria y el
Los efectos agudos de la hiperventilación voluntaria demuestran la oxígeno hístico, ya que muchos otros aspectos de la regulación se
interacción de los mecanismos químicos que regulan la respiración. analizaron en los capítulos previos.
Cuando una persona normal hiperventila durante 2 a 3 min, se
detiene y permite que la respiración continúe sin ejercer un control CAMBIOS EN LA VENTILACIÓN
voluntario sobre ésta, hay un periodo de apnea. Éste va seguido
de unas cuantas respiraciones superficiales y luego otro periodo de Durante el ejercicio, se eleva la cantidad de oxígeno que entra a la
apnea, seguido de nuevo por unas cuantas respiraciones (respira- sangre en los pulmones porque la cantidad de oxígeno agregada a
ción periódica). Los ciclos pueden durar algún tiempo antes de cada unidad de sangre y el flujo sanguíneo pulmonar por minuto
reanudarse la respiración normal (fig. 36-12). Al parecer, la apnea se aumentan. La PO2 de sangre que fluye a los capilares pulmonares
debe a la falta de dióxido de carbono porque no se presenta luego de disminuye de 40 a 25 mmHg o menos, por lo que el gradiente alveo-
la hiperventilación con mezclas de gas que contienen 5% de dióxido locapilar de PO2 se incrementa y entra más oxígeno en la sangre. El
de carbono. Durante la apnea, la PO2 alveolar cae y la PCO2 se eleva. flujo sanguíneo por minuto se eleva de 5.5 L/min hasta 20 a 35 L/
La respiración continúa por la estimulación hipóxica de los quimio-
receptores carotídeos y aórticos antes que el nivel de dióxido de car-

CAPÍTULO 36 Regulación de la respiración 667

RECUADRO CLÍNICO 36-3

Respiración periódica en la enfermedad puede ocurrir a cualquier edad y se genera cuando los músculos
faríngeos se relajan durante el sueño. En algunos casos, la falta de
Respiración de Cheyne-Stokes contracción de los músculos genioglosos en el curso de la inspi-
ración contribuye al bloqueo. Los músculos genioglosos llevan la
La respiración periódica se presenta en varios estados patológicos lengua hacia adelante, y si no se contraen o son débiles la lengua
y a menudo se llama respiración de Cheyne-Stokes. Ésta se ve más obstruirá las vías respiratorias. Después de esfuerzos respiratorios
a menudo en pacientes con insuficiencia cardiaca congestiva y cada vez más fuertes, el paciente despierta, realiza unas cuantas
uremia, pero también ocurre en sujetos con enfermedad cerebral respiraciones normales y se duerme de nuevo. Los episodios
y durante el sueño en algunas personas normales. Algunos de los apneicos son más frecuentes durante el sueño de movimientos
enfermos con respiración de Cheyne-Stokes presentan mayor oculares rápidos, cuando los músculos se encuentran más hipo-
sensibilidad al dióxido de carbono. Al parecer, el aumento en la tónicos. Los síntomas incluyen ronquidos sonoros, cefaleas matu-
respuesta se debe a la interrupción de las vías neurales que inhi- tinas, fatiga y somnolencia diurna. El trastorno, si es intenso y
ben la respiración de manera normal. En estos individuos, el dióxi- duradero, puede ocasionar hipertensión y sus complicaciones.
do de carbono causa hiperventilación relativa, lo cual disminuye la Las apneas frecuentes pueden originar que el sujeto se despierte
PCO2 arterial. Durante la apnea resultante, esta última se eleva de brevemente y por muchas veces durante el sueño y que esté
nuevo a valores normales, pero el mecanismo respiratorio respon- somnoliento en las horas diurnas. Con tal situación no cabe la
de de nuevo de modo exagerado al dióxido de carbono. La respi- sorpresa de detectar que la incidencia de accidentes en vehículos
ración cesa y el ciclo se repite. motorizados en casos de apnea hípnica sea siete veces mayor de
lo que es en la población general de personas que conducen
Otra causa de respiración periódica en pacientes con cardio- vehículos.
patía es la prolongación del tiempo de circulación de los pulmo-
nes al cerebro, de manera que los cambios en la presión arterial de AVANCES TERAPÉUTICOS
los gases tardan más en influir en el área respiratoria del bulbo
raquídeo. Cuando los individuos con circulación más lenta hiper- El tratamiento de la apnea hípnica depende del paciente y
ventilan, disminuye la PCO2 de la sangre en sus pulmones, pero la de la causa (si se conoce). Las medidas por tomar son inter-
sangre con PCO2 baja tarda más de lo normal en llegar al cerebro. venciones leves o moderadas, hasta la cirugía. Entre las pri-
Durante este periodo, la PCO2 de la sangre capilar pulmonar con- meras están los cambios de posición, dispositivos dentales
tinúa en descenso y cuando llega al cerebro, la PCO2 baja inhibe el para redistribuir la arquitectura de las vías respiratorias, evi-
área respiratoria, lo cual causa apnea. En otras palabras, el sistema tar el uso de miorrelajantes (como las bebidas alcohólicas)
de control respiratorio varía porque el ciclo de retroalimentación o fármacos que disminuyan el impulso respiratorio o el uso
negativa de los pulmones al cerebro es más largo de lo normal. de presión positiva continua de las vías respiratorias.

Apnea durante el sueño La apnea hípnica muestra mayor frecuencia en perso-
nas con sobrepeso u obesas, razón por la cual el adelgaza-
Los episodios de apnea durante el sueño pueden ser de origen miento también puede ser eficaz
central; es decir, consecutivos a la falta de descarga de los nervios
que producen la respiración, o quizá sean consecuencia de obs-
trucción de la vía respiratoria (apnea obstructiva del sueño). Esto

min. Por tanto, la cantidad total de oxígeno que ingresa a la sangre ejercicio es más intenso. La ventilación disminuye de manera abrup-
aumenta de 250 ml/min en reposo hasta valores de 4 000 ml/min. La ta cuando el ejercicio se interrumpe, le sigue una pausa breve y luego
cantidad de dióxido de carbono eliminada de cada unidad de sangre un declive más parcial hasta los valores previos al ejercicio. Es proba-
se eleva y la excreción de dióxido de carbono se incrementa de 200 ble que el incremento súbito al principio del ejercicio se deba a estí-
ml/min hasta 800 ml/min. El aumento en la captación de oxígeno es mulos psíquicos y a los impulsos aferentes de los propioceptores en
proporcional a la carga de trabajo, hasta un máximo. Por arriba de músculos, tendones y articulaciones. El aumento más gradual tal vez
este máximo, el consumo de oxígeno se nivela y la concentración sea de origen humoral, aunque el pH, la PCO2 y la PO2 permanecen
sanguínea de lactato continúa creciendo (fig. 36-13). El lactato pro- relativamente constantes durante el ejercicio moderado. La eleva-
viene de los músculos en los cuales la síntesis aeróbica de las reservas ción de la ventilación es proporcional a la del consumo de oxígeno,
energéticas no puede conservarse al ritmo de su utilización; por ello pero aún se debate mucho sobre los mecanismos que estimulan la
se incurre en una deuda de oxígeno. respiración. Quizá participe el aumento de la temperatura corporal.
El ejercicio incrementa la concentración plasmática de iones potasio
La ventilación aumenta de forma súbita al inicio del ejercicio, y este aumento podría estimular los quimiorreceptores periféricos.
luego sigue una pausa breve con un incremento ulterior más gradual Además, tal vez aumente la sensibilidad de las neuronas que contro-
(fig. 36-14). Con el ejercicio moderado, el incremento se debe sobre lan la respuesta al dióxido de carbono o quizá las fluctuaciones res-
todo a un aumento en la profundidad de la respiración; esto se piratorias en la PCO2 arterial se eleven, de manera que aunque la
acompaña de incremento en la frecuencia respiratoria cuando el

668 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

Cargas de trabajo PACO2 50 Amortiguación Comp
máximas (mmHg) 0 isocápnica resp

4

12
Captación de O2 (L/min) 150
3 Vr E 120 PAO2
inferiorCeasrgaalsasdemtárxaibmajaos 9 (L/min-
(mmHg)
Lactato sanguíneo (meq/L)BTPS) 70

02 Captación
15de O26
303Vr E
45Vr CO2
601Lactato sanguíneo3VrCO2
75(L/min-
0 90STPD)0 2
Reposo I 105
1200 Vr O2 ŞVr O2
135II III IV V VI (L/min-
150 2 min STPD)
165Carga de trabajo00
180
FIGURA 3613 Relación entre la carga de trabajo, concentración HCO3– 25 HCO3–
7.40
sanguínea de lactato y captación de oxígeno (O2). I-VI, cargas de
trabajo crecientes producidas por el aumento de la velocidad y la pH 15 pH
inclinación de una banda sinfín en la que trabajaron los sujetos. (Con 7.30

autorización de Mitchell JH, Blomqvist G: Maximal oxygen uptake. N Engl J Med

1971;284:1018.)

PCO2 arterial media no aumenta, el dióxido de carbono es la causa Ritmo de trabajo (vatios)
del incremento en la ventilación. Asimismo, al parecer el oxígeno
FIGURA 3615 Respuestas fisiológicas al ritmo de trabajo
participa a pesar de la falta de descenso en la PO2 arterial, ya que
durante la realización de un trabajo de cierta magnitud, el aumento lcdaouvnresanuntmtileaocedilóeenjoe(xVr∙ícEgi)ec, linaoo.p(rLVo∙oOdsu2c)c,acemilóbbniicodaserebdnoiónlaxaiPtdoCoO(Hd2eCaOclva3er−bo) oalarnrt,oelra(iVa∙PlCOyO2e2a)l,lpveHel olar,
arterial con los aumentos graduados en el trabajo de un varón adulto en
en la ventilación cuando se respira oxígeno al 100% es 10 a 20% una bicicleta con ergómetro. Comp resp, compensación respiratoria.
STPD, temperatura (0°C) y presión (760 mmHg) estándares, en clima
menor comparado con el incremento mientras se respira aire seco. Las líneas de guiones destacan la desviación en relación con la
respuesta lineal. Consúltese el texto en busca de más detalles. (Con
ambiental. Por ende, por ahora parece que distintos factores se com-
autorización de Wasserman K: Breathing during exercise. NEJM 1978 Apr 6;298(14):780-
binan para generar el aumento observado en la ventilación durante
785).
el ejercicio moderado.
ducido por la acidosis depende de los cuerpos carotídeos y no ocurre
Cuando el ejercicio se vuelve más vigoroso, la amortiguación de si éstos se extirpan.

las mayores cantidades de ácido láctico que se produce libera más La frecuencia respiratoria después del ejercicio no llega a valo-
res basales hasta no reponer la deuda de oxígeno. Esto quizá tarde
dióxido de carbono, lo que incrementa aún más la ventilación. La hasta 90 min. El estímulo para la ventilación después del ejercicio no
es la PCO2 arterial, la cual es normal o baja, ni la PO2 arterial, que es
respuesta al ejercicio graduado se muestra en la figura 36-15. Con la normal o elevada, sino la concentración arterial alta de hidrogenio-
nes consecutiva a la acidemia láctica. La magnitud de la deuda de
elevación de la producción de ácido, los incrementos en la ventila- oxígeno es la cantidad a la cual el consumo de oxígeno rebasa al con-
sumo basal desde el final del esfuerzo hasta que el consumo de oxí-
ción y la síntesis de dióxido de carbono se mantienen proporciona- geno regresa a los niveles previos al ejercicio. Durante el pago de la
deuda de oxígeno, la concentración de éste en la mioglobina muscu-
les; por ello, el dióxido de carbono alveolar y arterial cambia lar se eleva un poco. Se sintetizan de nuevo ATP y fosforilcreatina, y
se elimina el ácido láctico, del cual 80% se convierte en glucógeno
relativamente poco (amortiguación isocápnica). La PO2 alveolar se y 20% se metaboliza hasta dióxido de carbono y agua (H2O).
eleva a causa de la hiperventilación. Con la acumulación adicional

de ácido láctico, el aumento en la ventilación rebasa la generación de

dióxido de carbono y la PCO2 alveolar se reduce de manera súbita, al
igual que la PCO2 arterial. La disminución de esta última causa una
compensación respiratoria para la acidosis metabólica inducida por

el ácido láctico adicional. El aumento ulterior en la ventilación pro-

Ventilación/(L/min) Reposo Ejercicio Recuperación

Tiempo CAMBIOS EN LOS TEJIDOS

FIGURA 3614 Representación diagramática de los cambios en la La captación máxima de oxígeno durante el ejercicio está limitada
por la velocidad máxima a la que se transporta este gas a las mito-
ventilación durante el ejercicio. Véase el texto para obtener detalles. condrias en el músculo activo. Sin embargo, tal limitación no suele
deberse a la captación deficiente de oxígeno en los pulmones; la
hemoglobina de la sangre arterial se halla saturada, incluso durante
el ejercicio más intenso.

CAPÍTULO 36 Regulación de la respiración 669

Durante el ejercicio, los músculos que se contraen usan más ■ Los patrones respiratorios son sensibles a sustancias químicas en
oxígeno y la PO2 del tejido y de la sangre venosa proveniente del la sangre mediante la activación de quimiorreceptores
músculo activo cae casi a cero. Más oxígeno difunde desde la sangre, respiratorios. Hay quimiorreceptores en los cuerpos carotídeos y
la PO2 de la sangre en los músculos se reduce súbitamente y se extrae aórticos, así como en grupos celulares del bulbo raquídeo. Estos
más oxígeno de la hemoglobina. Como el lecho capilar del músculo quimiorreceptores reaccionan a los cambios en la PO2 y la PCO2,
activo se dilata y se abren muchos capilares que habían estado cerra- así como a los hidrogeniones para regular la respiración.
dos, la distancia media desde la sangre a las células de ese tejido dis-
minuye mucho; esto facilita el desplazamiento de oxígeno de la ■ Además, los receptores de la vía respiratoria están inervados por
sangre a las células. La curva de disociación de oxígeno-hemoglobi- fibras vagales mielinizadas de adaptación rápida. Los receptores de
na tiene una pendiente marcada en el intervalo de PO2 menor de 60 adaptación lenta pueden activarse con la inflación pulmonar. Los
mmHg; se aporta una cantidad relativamente grande de oxígeno por receptores de adaptación rápida, o receptores de irritantes, se
cada descenso de 1 mmHg en la PO2 (fig. 35-2). Se aporta oxígeno activan por sustancias como la histamina; éstos generan tos e
adicional porque como resultado de la acumulación de dióxido de incluso hiperpnea.
carbono y el aumento en la temperatura de los tejidos activos (y tal
vez por un incremento en el 2,3-difosfoglicerato eritrocítico), la cur- ■ Los receptores de las vías respiratorias también se hallan
va de disociación se desplaza a la derecha. El efecto neto es un incre- inervados por fibras vagales no mielinizadas (fibras C), las cuales
mento al triple en la extracción de oxígeno de cada unidad de sangre casi siempre se encuentran junto a los vasos pulmonares. Aquéllos
(fig. 35-3). Como este aumento se acompaña de una elevación de 30 se estimulan a causa de la hiperinflación (o sustancias exógenas,
veces o más en el flujo sanguíneo, es posible que la tasa metabólica incluida capsaicina) e inducen un reflejo químico pulmonar. No se
del músculo aumente hasta 100 veces durante el ejercicio. comprende aún la participación fisiológica de esta respuesta.

TOLERANCIA AL EJERCICIO Y FATIGA PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE

¿Qué determina la máxima cantidad de ejercicio que puede realizar Para todas las preguntas seleccione la mejor respuesta, a menos que se
una persona? Es obvio que la tolerancia al ejercicio tiene una dimen- especifique otra indicación.
sión de tiempo y una de intensidad. Por ejemplo, un varón joven con
buena condición física puede generar una potencia ~700 watts por 1. Las principales neuronas de control respiratorio
un minuto en una bicicleta, 300 watts por 5 min y 200 watts durante
40 min. Solía argumentarse que los factores limitantes en el desem- A) emiten oleadas regulares de impulsos a los músculos
peño de ejercicio eran la velocidad a la cual podía aportarse oxígeno espiratorios durante la respiración tranquila.
a los tejidos o la velocidad a la que el oxígeno era capaz de entrar en
el organismo y en los pulmones. Estos factores participan, pero está B) no se afectan por la estimulación de los receptores de dolor.
claro que otros elementos también contribuyen a que el ejercicio se C) se localizan en la protuberancia.
detenga cuando la sensación de fatiga progresa a la sensación de D) emiten grupos regulares de impulsos a los músculos
agotamiento. La fatiga surge en parte por el bombardeo al cerebro
con impulsos nerviosos provenientes de los músculos y porque el inspiratorios durante la respiración tranquila.
declive del pH sanguíneo generado por la acidosis láctica también E) no se alteran por impulsos de la corteza cerebral.
hace que el sujeto se sienta cansado, así como el incremento de la
temperatura corporal, la disnea y, tal vez, la sensación incómoda 2. El ácido láctico intravenoso aumenta con la ventilación. Los
producida por la activación de los receptores J en los pulmones. receptores generadores de este reflejo se localizan en

RESUMEN DEL CAPÍTULO A) el bulbo raquídeo.
B) los cuerpos carotídeos.
■ La respiración está bajo el control voluntario (ubicado en la C) el parénquima pulmonar.
corteza cerebral) y la regulación automática (impulsada por D) los barorreceptores aórticos.
células marcapasos en el bulbo raquídeo). Existe inervación E) la tráquea y los bronquios grandes.
recíproca en los músculos espiratorios e inspiratorios, ya que las
neuronas motoras que inervan los músculos espiratorios se 3. La respiración espontánea se interrumpe después de
encuentran inactivas cuando las neuronas motoras de los
músculos inspiratorios están activas y viceversa. A) sección del tallo encefálico por arriba de la protuberancia.
B) sección del tallo encefálico en el extremo caudal del bulbo
■ El complejo pre-Bötzinger a ambos lados del bulbo raquídeo
contiene células marcapasos acopladas mediante sinapsis que raquídeo.
permiten la generación rítmica de la respiración. La actividad C) vagotomía bilateral.
espontánea de estas neuronas puede alterarse a causa de las D) vagotomía bilateral combinada con sección del tallo encefálico
neuronas del centro neumotáxico, aunque no se comprende la
función reguladora total de estas neuronas en la respiración en el borde superior de la protuberancia.
normal. E) sección de la médula espinal al nivel del primer segmento

torácico.

4. Los siguientes fenómenos fisiológicos que ocurren in vivo se listan
en desorden: 1) disminución del pH del LCR; 2) aumento de la
PCO2 arterial; 3) aumento de la PCO2 del líquido cefalorraquídeo;
4) estimulación de los quimiorreceptores bulbares; 5) incremento
de la PCO2 alveolar.
¿Cuál es la secuencia usual en la que ocurren cuando afec-
tan la respiración?
A) 1, 2, 3, 4, 5
B) 4, 1, 3, 2, 5
C) 3, 4, 5, 1, 2
D) 5, 2, 3, 1, 4
E) 5, 3, 2, 4, 1

670 SECCIÓN VI Fisiología de la respiración

5. Los siguientes fenómenos que ocurren en los cuerpos carotídeos C) Concentración arterial de sodio ionizado.
cuando se exponen a la hipoxia se listan en orden aleatorio: 1) D) Concentración de dióxido de carbono en líquido
despolarización de las células del glomo tipo I; 2) excitación de las
terminaciones nerviosas aferentes; 3) disminución de la cefalorraquídeo.
conductancia de conductos de potasio sensibles a la hipoxia en las E) Concentración de hidrogeniones en líquido cefalorraquídeo.
células del glomo tipo I; 4) entrada de calcio ionizado a las células
del glomo tipo I; 5) disminución de la salida de potasio. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
¿Cuál es la secuencia en la que ocurren en la exposición a
hipoxia? Barnes PJ: Chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med
A) 1, 3, 4, 5, 2 2000;343:269.
B) 1, 4, 2, 5, 3
C) 3, 4, 5, 1, 2 Crystal RG, West JB (editors): The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed.
D) 3, 1, 4, 5, 2 Lippincott-Raven, 1997.
E) 3, 5, 1, 4, 2
Fishman AP, Elias JA, Fishman JA, et al. (editors): Fishman’s Pulmonary
6. Se esperaría que la inyección de un fármaco que estimula los Diseases and Disorders, 4th ed. McGraw-Hill, 2008.
cuerpos carotídeos causara
Jones NL, Killian KJ: Exercise limitation in health and disease. N Engl J
A) descenso del pH en sangre arterial. Med 2000;343:632.
B) disminución en la PCO2 de sangre arterial.
C) aumento en la concentración de bicarbonato en sangre arterial. Laffey JG, Kavanagh BP: Hypocapnia. N Engl J Med 2002;347:43.
D) incremento en la excreción urinaria de sodio. Putnam RW, Dean JB, Ballantyne D (editors): Central chemosensitivity.
E) aumento del cloruro plasmático.
Respir Physiol 2001;129:1.
7. ¿Cuál de los siguientes componentes de la sangre o el líquido Rekling JC, Feldman JL: Pre-Bötzinger complex and pacemaker
cefalorraquídeo no afecta la respiración cuando ésta se modifica?
neurons: Hypothesized site and kernel for respiratory rhythm
A) Concentración arterial de bicarbonato. generation. Annu Rev Physiol 1998;60:385.
B) Concentración arterial de hidrogeniones. West, JB: Respiratory Physiology: The Essentials, 8th ed. Wolters Kluwer/
Lippincott Williams & Wilkins, 2008.

S E C C I Ó N V I I Fisiología renal

Los riñones, la vejiga y los uréteres constituyen el aparato urinario. en la pelvis renal. Desde la pelvis renal, la orina pasa hacia la vejiga
En el interior de los riñones la unidad funcional es la nefrona y y es expulsada hacia el exterior mediante la micción.
cada riñón tiene aproximadamente 1 millón de éstas. Los riñones
intervienen de manera esencial en la regulación de la homeosta- Las enfermedades de los riñones son muchas y entre las más
sia hídrica, la composición de electrólitos (como Na, Cl, K, HCO3), comunes están las lesiones agudas y crónicas de los mismos
la regulación del volumen extracelular (y con ello la presión arte- como nefropatía diabética, síndromes nefríticos y nefróticos,
rial), y la homeostasis acidobásica (cap. 39). Los riñones filtran el riñón poliquístico, obstrucción e infección de vías urinarias y cán-
plasma sanguíneo y producen orina, líquido por el cual se excre- ceres de riñón. Cuando la función de estos órganos disminuye al
tan los productos de desecho metabólico del cuerpo como urea, grado de que dejan de funcionar para conservar la salud, en oca-
amoniaco y sustancias extrañas como metabolitos de fármacos. siones se recurre a la diálisis y al final al trasplante.
Otras de sus funciones son la reabsorción de glucosa y aminoáci-
dos a partir del filtrado plasmático, además de regular la entrada La prevalencia de nefropatías va en aumento en todo el planeta y
de calcio y fosfato (que es alta en niños). Los riñones intervienen también es cada vez mayor el costo de tratar enfermedades que
en la gluconeogénesis y durante el ayuno sintetizan y liberan glu- dañan los riñones; por tal razón, estas últimas constituyen una ame-
cosa en la sangre, y producen casi 20% de la capacidad glucógena naza enorme que merma los recursos asistenciales a nivel mundial.
del hígado. Los riñones también son órganos endocrinos y elabo- Las dos enfermedades que originan la mayor prevalencia de disfun-
ran cininas (cap. 32), así como 1,25-dihidroxicolecalciferol (cap. ción renal son la diabetes y la hipertensión. Se sabe que en el plane-
21), eritropoyetina (cap. 37); además, sintetizan y secretan renina ta casi mil millones de personas tienen hipertensión arterial y el
(cap. 38). número posiblemente aumente a 1 560 millones para el año 2025.
A nivel mundial hay más de 240 millones de diabéticos cifra, que
De manera específica, en los riñones, se filtra un líquido parecido al según cálculos, aumentará a 380 millones para el 2025. En prome-
plasma a través de los capilares glomerulares hacia los túbulos dio, 40% de la población de diabéticos terminará por mostrar algu-
renales (filtración glomerular). Conforme este filtrado glomerular na nefropatía crónica (CKD; chronic kidney disease), lo cual significa
pasa por los túbulos, se reduce su volumen y se modifica su com- que también se agrava el riesgo de complicaciones cardiovascula-
posición por el fenómeno de reabsorción tubular (extracción de res. Se calcula que para el próximo decenio el costo global acumu-
agua y solutos del líquido tubular) y secreción tubular (secreción lativo de la diálisis y el trasplante de riñón rebasará el billón de
de solutos hacia el líquido tubular) para formar la orina que entra dólares estadounidenses (un millón de millones).

671



Función renal y micción CAPÍTULO

37

OBJETIVOS ■ Describir las características morfológicas de una nefrona típica y su riego
sanguíneo.
Después de revisar este
capítulo, el lector será ■ Definir la autorregulación y enunciar las principales teorías propuestas para explicar
capaz de: la autorregulación en los riñones.

■ Definir la tasa de filtración glomerular, describir de qué manera se mide 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 producir 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.

ANATOMÍA FUNCIONAL membrana delgada. La membrana basal glomerular, o lámina basal,
no contiene espacios o poros visibles. Las células estrelladas denomi-
NEFRONA nadas células del mesangio se hallan entre la lámina basal y el endo-
telio. Éstas son similares a las células llamadas pericitos, los cuales se
Cada túbulo renal individual y su glomérulo constituyen una unidad encuentran en las paredes de los capilares en otras partes del cuerpo.
(nefrona). El tamaño de los riñones entre las diferentes especies es Las células del mesangio son muy frecuentes entre dos capilares
variable, lo mismo que el número de nefronas que contiene. Cada adyacentes, en donde la membrana basal forma una vaina comparti-
riñón humano tiene casi 1 millón de nefronas. En la figura 37-1 se da por los dos capilares (fig. 37-2). Las células del mesangio son con-
muestran las estructuras específicas de la nefrona de manera esque- tráctiles e intervienen en la regulación de la filtración glomerular.
mática. Las células del mesangio secretan la matriz extracelular, captan com-
plejos inmunitarios y participan en la evolución de las enfermedades
El glomérulo, que tiene un diámetro de casi 200 μm, se forma glomerulares.
por la invaginación de un penacho de capilares hacia el extremo
dilatado y ciego de la nefrona (cápsula de Bowman). Los capilares Respecto de la función, la membrana glomerular hace posible el
reciben riego de una arteriola aferente y son drenados por una arte- paso libre de sustancias neutras de hasta 4 nm de diámetro y excluye
riola eferente, que es un poco más pequeña (fig. 37-2); a partir del casi por completo las que tienen un diámetro mayor de 8 nm. Sin
glomérulo, se forma el filtrado. El diámetro de la arteriola aferente es embargo, las cargas en las moléculas lo mismo que su diámetro
mayor que el de la eferente. Dos capas celulares separan la sangre del generan un efecto a su paso hacia la cápsula de Bowman. El área
filtrado glomerular en la cápsula de Bowman: el endotelio capilar y total del endotelio de los capilares glomerulares a través del cual
el epitelio especializado de la cápsula. El endotelio de los capilares ocurre la filtración en el ser humano es de casi 0.8 m2.
glomerulares es fenestrado y presenta poros de 70 a 90 nm de diáme-
tro. El endotelio de los capilares glomerulares se encuentra rodeado En la figura 37-1, se muestran las características generales de las
completamente por la membrana basal glomerular junto con células células que constituyen las paredes de los túbulos. No obstante, exis-
especializadas llamadas podocitos. Los podocitos tienen múltiples ten subtipos celulares en todos los segmentos y las diferencias anató-
seudópodos que se interdigitan (fig. 37-2) para constituir hendidu- micas entre ellos se correlacionan con las diferencias en la función.
ras de filtración en la pared capilar. Dichas hendiduras muestran
una amplitud aproximada de 25 nm y cada una está cerrada por una El túbulo contorneado proximal humano tiene una longitud
de casi 15 mm, y 55 μm de diámetro. Su pared está constituida por
una sola capa de células, las cuales se interdigitan entre sí y se fijan

673

674 SECCIÓN VII Fisiología renal

Túbulo Túbulo colector sidades, no hay un borde “en cepillo” distintivo. Los túbulos distales
contorneado distal se fusionan para constituir túbulos colectores; éstos poseen alrede-
dor de 20 mm de longitud y pasan a través de la corteza renal y la
Túbulo médula para desembocar en la pelvis del riñón, en los vértices de las
contorneado proximal pirámides medulares. El epitelio de los túbulos colectores está cons-
tituido por células principales (células P) y células intercaladas
Glomérulo (células I). Las primeras, que son las predominantes, se observan
relativamente altas y presentan pocos organelos; intervienen en la
Corteza reabsorción de iones sodio y en la de agua estimulada por la vasopre-
sina. Las segundas, las cuales están presenten en menor número y
Médula también se encuentran en los túbulos distales, tienen más microve-
externa llosidades, vesículas citoplásmicas y mitocondrias; se ocupan de la
secreción de ácido y del transporte de bicarbonato (HCO3–). La lon-
Asa de Henle, gitud total de las nefronas, incluidos los túbulos colectores, fluctúa
rama ascendente de 45 a 65 mm.

gruesa Las células en los riñones que al parecer ejercen una función
secretora, además de incluir las células granulosas en el aparato yux-
Médula taglomerular, también comprenden algunas en el tejido intersticial
interna de la médula renal; éstas han recibido el nombre de células intersti-
ciales de la médula renal (RMIC, renal medullary interstitial cells) y
Asa de Henle, rama son células especializadas similares a fibroblastos. Contienen gotitas
descendente delgada de lípido y son el sitio principal de expresión de la ciclooxigenasa 2
(COX-2) y la prostaglandina sintasa (PGES). La PGE2 es el prosta-
FIGURA 371 Diagrama de una nefrona. Se muestran también las noide principal que sintetiza en los riñones y un regulador paracrino
importante de la homeostasis de sodio y agua. Dicha prostaglandina
principales características histológicas de las células que constituyen es secretada por RMIC, por la mácula densa y por células de los
cada porción del túbulo. tubos colectores; la prostaciclina (PGI2) y otras prostaglandinas son
secretadas por las arteriolas y los glomérulos.

por medio de uniones apicales apretadas. Entre las bases de las célu- VASOS SANGUÍNEOS
las, se encuentran extensiones del espacio extracelular denominadas
espacios intercelulares laterales. Los bordes luminales de las células En la figura 37-3 se muestra un esquema de la circulación renal. Las
poseen un borde “en cepillo” estriado, formado por muchas micro- arteriolas aferentes son ramas cortas y rectas de las arterias interlo-
vellosidades. bulillares. Cada una se divide en múltiples ramas capilares para for-
mar el penacho de vasos que se encuentra en el glomérulo. Los
El túbulo contorneado proximal se endereza y la siguiente por- capilares experimentan coalescencia para formar la arteriola efe-
ción de cada nefrona corresponde al asa de Henle. La región descen- rente, que a su vez, se divide en capilares que irrigan los túbulos
dente del asa y la parte proximal de la extremidad ascendente están (capilares peritubulares) antes de drenar hacia las venas interlobu-
constituidas por células permeables delgadas. Por otra parte, la por- lillares. Por lo tanto, los segmentos arteriales entre los glomérulos y
ción gruesa de la rama ascendente (fig. 37-1) está formada por célu- los túbulos son, desde el punto de vista técnico un sistema portal
las gruesas que presentan muchas mitocondrias. Las nefronas con y los capilares glomerulares constituyen los únicos capilares del
glomérulos en las porciones externas de la corteza renal poseen asas organismo que drenan hacia las arteriolas. Sin embargo, existe rela-
de Henle cortas (nefronas corticales), en tanto aquéllas con glomé- tivamente escaso músculo liso en las arteriolas eferentes.
rulos en la región yuxtamedular de la corteza (nefronas yuxtame-
dulares) tienen asas largas, que se extienden hasta las pirámides Los capilares que drenan los túbulos de las nefronas corticales
medulares. En el ser humano, sólo 15% de las nefronas tiene asas forman una red peritubular, en tanto las arteriolas eferentes de los
largas. glomérulos yuxtamedulares drenan no sólo hacia dicha red, sino
también hacia los vasos que forman asas delgadísimas (los vasos rec-
El extremo grueso de la rama ascendente del asa de Henle llega tos). Estas asas se sumergen en las pirámides medulares adyacentes
al glomérulo de la nefrona de la cual se origina el túbulo y se aloja a las asas de Henle (fig. 37-3). Los vasos rectos descendentes poseen
entre sus arteriolas aferente y eferente. Las células especializadas en un endotelio no fenestrado, que contiene un transportador facilitado
el extremo forman la mácula densa, que se encuentra cerca de la para la urea y los vasos rectos ascendentes presentan un endotelio
arteriola eferente y, sobre todo, de la aferente (fig. 37-2). La mácula, fenestrado, compatible con su función de conservar los solutos.
las células lacis, las circunvecinas y las células yuxtaglomerulares
secretoras de renina en la arteriola aferente forman el aparato yux- La arteriola eferente de cada glomérulo se divide en capilares
taglomerular (fig. 38-8). que riegan múltiples neuronas diferentes. Por ende, el túbulo de cada
nefrona no necesariamente recibe sangre sólo de la arteriola eferente
El túbulo contorneado distal comienza en la mácula densa y de la misma nefrona. En seres humanos, la superficie total de los
tiene casi 5 mm de longitud. Su epitelio es más bajo comparado con capilares renales es casi igual al área de superficie total de los túbulos
el del túbulo proximal y, aunque están presentes algunas microvello- y ambas miden alrededor de 12 m2. El volumen de sangre presente

CAPÍTULO 37 Función renal y micción 675

A Túbulo proximal B Podocito
Cápsula Capilar Capilar
Célula del Eritrocitos
mesangio Lámina basal
glomerular
Espacio de Bowman

Células granulosas

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
Macula densa Célula del mesangio

C Lámina basal Endotelio D

Lámina basal Prolongaciones
Endotelio de los podocitos
Podocito
Hendidura
de filtración

Fenestraciones Espacio
de Bowman

Luz capilar

Lámina basal

FIGURA 372 Detalles estructurales del glomérulo. A) Corte a 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
través del polo vascular que muestra las asas capilares. B) Relación de las podocito. El material borroso en sus superficies es polianión glomerular.
células del mesangio y los podocitos con los capilares glomerulares. C)
Detalle del modo en que los podocitos forman hendiduras de filtración

en los capilares renales en un determinado momento es de 30 a 40 INERVACIÓN DE LOS VASOS RENALES
mililitros.
Los nervios renales pasan adyacentes a los vasos sanguíneos renales
LINFÁTICOS conforme entran en el riñón; contienen muchas fibras eferentes sim-
páticas posganglionares y algunas fibras aferentes. Asimismo, parece
Los riñones tienen un riego linfático abundante que drena a través haber una inervación colinérgica a través del nervio vago, pero es
del conducto torácico hacia la circulación venosa en el tórax. dudosa su función. La inervación preganglionar simpática se deriva
sobre todo de los segmentos dorsal inferior y lumbar alto de la
CÁPSULA médula espinal, y los cuerpos celulares de las neuronas posganglio-
nares se encuentran en la cadena del ganglio simpático, en el ganglio
La cápsula renal es delgada pero firme. Si el riñón se vuelve edema- mesentérico superior y a lo largo de la arteria renal. Las fibras simpá-
toso, la cápsula limita el edema y aumenta entonces la presión del ticas se distribuyen principalmente en las arteriolas aferente y eferen-
tejido (presión intersticial renal). Esto disminuye la tasa de filtra- te, los túbulos proximal y distal, así como el aparato yuxtaglomerular
ción glomerular (GFR) y al parecer intensifica y prolonga la anuria (cap. 38). Además, hay una inervación noradrenérgica densa de la
en la insuficiencia renal aguda. rama ascendente gruesa del asa de Henle.

676 SECCIÓN VII Fisiología renal Corteza renal

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

arqueada arqueada

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

Médula renal
(pirámide)

FIGURA 373 Circulación renal. Las arterias interlobulillares se capilares que abastecen de sangre a los túbulos renales. La sangre
venosa entra en las venas interlobulillares, que, a su vez, fluye por medio
dividen en arqueadas, que emiten arterias interlobulillares en la corteza. de las venas arqueadas hasta las venas interlobulillares. (Modificada de
Las arterias interlobulillares originan una arteriola aferente para cada
glomérulo. La arteriola eferente de cada glomérulo se ramifica en Boron WF, Boulpaep EL: Medical Physiology. Saunders, 2009.)

Las aferentes nociceptivas que median el dolor en la nefropatía riñón; es decir, con la cuantificación de la cantidad de una sustancia
siguen un trayecto paralelo a las eferentes simpáticas que ingresan a absorbida por unidad de tiempo y al dividir este valor por la diferen-
la médula espinal en las raíces dorsales de la columna dorsal y lum- cia arteriovenosa de la sustancia a través del riñón. Dado que el
bar superior. Otras aferentes renales al parecer median un reflejo riñón filtra el plasma, el flujo plasmático renal (RPF) equivale a la
renorrenal por el que un aumento de la presión ureteral de un riñón, cantidad de una sustancia excretada por unidad de tiempo dividida
lleva a disminución de la actividad del nervio eferente en el riñón con- por la diferencia arteriovenosa renal, siempre y cuando la cantidad
tralateral; esta reducción permite un incremento en la excreción de en los eritrocitos no se modifique durante su paso a través del riñón.
sodio ionizado y agua. Cualquier sustancia excretada puede utilizarse si se puede medir su
concentración en el plasma arterial y venoso renal, y si aquélla no es
CIRCULACIÓN RENAL metabolizada, almacenada o producida por el riñón y, en sí, no afec-
ta al flujo sanguíneo.
FLUJO SANGUÍNEO
El flujo plasmático renal es susceptible de cuantificar mediante
En un adulto en reposo, los riñones reciben 1.2 a 1.3 L de sangre por la infusión de ácido p-aminohipúrico (PAH) y al valorar sus concen-
minuto, o un poco menos del 25% del gasto cardiaco. El flujo sanguí- traciones en orina y plasma. El ácido p-aminohipúrico se filtra en los
neo renal puede medirse mediante flujómetros electromagnéticos o glomérulos y se secreta por las células tubulares, de manera que su
de otro tipo o se determina al aplicar el principio de Fick (cap. 30) al cociente de extracción (concentración arterial menos la concentra-
ción venosa renal dividida por su concentración arterial) es elevado

CAPÍTULO 37 Función renal y micción 677

por ejemplo cuando se suministra ácido p-aminohipúrico con infu- vena renal tiene valores de cerca de 4 mmHg. Los gradientes de pre-
sión en dosis bajas, 90% de éste en la sangre arterial es eliminado en sión son similares en los monos “ardilla” y probablemente en los
un solo paso a través de riñón. Por tanto, se ha vuelto un lugar seres humanos con una presión en los capilares glomerulares que
común calcular el “flujo plasmático renal” al dividir la cantidad de corresponde a casi 40% de la presión arterial periférica.
ácido p-aminohipúrico en la orina por la concentración plasmática
del mismo, haciendo caso omiso de la concentración en la sangre REGULACIÓN DEL FLUJO
venosa renal. Se puede utilizar el plasma venoso periférico porque la SANGUÍNEO RENAL
concentración de este ácido es esencialmente idéntica a la que se
encuentra en el plasma arterial que llega al riñón. El valor obtenido La noradrenalina (norepinefrina) constriñe los vasos renales y su
debe llamarse flujo plasmático renal efectivo (ERPF) para indicar máximo efecto inyectada ocurre en las arterias interlobulillares y en
que no se midió la concentración en el plasma venoso renal. En seres las arteriolas aferentes. El riñón necesita dopamina y produce vaso-
humanos, dicho flujo promedia alrededor de 625 ml/min. dilatación renal y natriuresis. La angiotensina II lleva a cabo su efec-
to constrictor sobre las arteriolas tanto aferente como eferente. Las
ERPF = -U---P--P-P-A-A-H--H--V-˙--- = Depuración de PAH (CPAH) prostaglandinas aumentan el flujo sanguíneo de la corteza renal y
disminuyen el flujo sanguíneo de la médula renal. La acetilcolina
Ejemplo: también genera vasodilatación renal. Una dieta rica en proteínas
Concentración de ácido p-aminohipúrico en la orina (UPAH): aumenta la presión de los capilares glomerulares e incrementa el flu-
14 mg/ml jo sanguíneo del riñón.
Flujo de orina (V˙): 0.9 ml/min
Concentración de ácido p-aminohipúrico en el plasma (PPAH): FUNCIONES DE LOS NERVIOS RENALES
0.02 mg/ml
La estimulación de los nervios renales aumenta la secreción de reni-
ERPF = 1---4--0--×-.-0---20---.-9-- na por una acción directa de la noradrenalina liberada en los recep-
= 630 ml/min tores adrenérgicos β1 en las células yuxtaglomerulares (cap. 38) y
aumenta la reabsorción de iones sodio, probablemente por acción
Cabe hacer notar que el flujo plasmático renal efectivo determi- directa de la noradrenalina sobre las células de los túbulos renales.
nado de esta manera corresponde a la depuración del ácido p-ami- Los túbulos proximal y distal, así como la rama ascendente gruesa
nobutírico. Más adelante se describe con detalle el concepto de la del asa de Henle tienen abundante inervación. Cuando los nervios
depuración. renales son estimulados en grado creciente en animales de experi-
mentación, la primera respuesta es un incremento de la sensibilidad
El flujo plasmático renal efectivo puede convertirse en el flujo de las células yuxtaglomerulares (cuadro 37-1), seguido de mayor
plasmático renal (RPF) efectivo: secreción de renina, luego un aumento de la reabsorción de iones
sodio y por último, en el umbral más alto, vasoconstricción renal
Cociente de extracción de ácido p-aminobutírico promedio: 0.9

ERP = 630 = RPF actual= 700 ml/min CUADRO 371 Respuestas renales a la estimulación
Conciente de extracción 0.9
gradual del nervio renal

A partir del flujo plasmático renal, con el cual es posible calcu- Frecuencia de RSR UNAV GFR RBF
lar el flujo sanguíneo renal al dividir por 1, menos el hematócrito: estimulación 0 00
del nervio Ningún efecto sobre los
Hematócrito (Hct): 45% renal (Hz) valores basales; aumenta 0 00
la RSR mediada por ↓ 00
Flujo sanguíneo = RPF × 1 0.25 estímulos no neurales. ↓ ↓↓
renal = 700 × 1 – Hct
0.50 Aumentada sin
1 modificación de UNAV,
0.55 1.0 GFR o RBF.

= 1 273 ml/min 2.50 Incrementada con
disminución o ningún
PRESIÓN EN LOS VASOS RENALES cambio en GFR o RBF.

Se ha medido directamente la presión de los capilares glomerulares Aumentado con
en las ratas y se ha observado que es bastante más baja que la previs- disminución de UNAV,
ta, basándose en mediciones indirectas. Cuando la media de la pre- GFR, y RBF.
sión arterial periférica tiene cifras de 100 mmHg, la presión en los
capilares glomerulares corresponde a casi 45 mmHg. La presión des- RSR, tasa de secreción de renina; UNAV, excreción urinaria de sodio; GFR, tasa de
ciende a través del glomérulo sólo 1 a 3 mmHg, pero surge una dis- filtración glomerular; RBF, flujo sanguíneo renal.
minución adicional en la arteriola eferente, de manera que la presión
en los capilares peritubulares es de casi 8 mmHg. La presión en la Tomado de DiBona GF: Neural control of renal function: Cardiovascular
implications. Hypertension 1989;13:539. Con permiso de la American Heart
Association.

678 SECCIÓN VII Fisiología renal

con disminución de la filtración glomerular y del flujo sanguíneo FLUJO SANGUÍNEO RENAL
renal. Aún no se sabe si el efecto sobre la reabsorción de sodio es Y CONSUMO DE OXÍGENO
mediado por los receptores adrenérgicos α o β y quizá sea mediado
por los dos. Tampoco se ha dilucidado la participación funcional de La principal función de la corteza renal es la filtración de grandes
los nervios renales en el metabolismo del sodio ionizado, lo cual en volúmenes de sangre a través de los glomérulos, de manera que no es
parte se debe a que casi todas las funciones renales parecen normales sorprendente que el flujo sanguíneo de la corteza renal sea relativa-
en los pacientes con riñones trasplantados y es necesario que trans- mente considerable y que se extraiga poco oxígeno de la sangre. El
curra algún tiempo para que dichos riñones adquieran una inerva- flujo sanguíneo cortical asciende a casi 5 ml/g de tejido renal por
ción funcional. minuto (en comparación con 0.5 ml/g/min en el cerebro) y la dife-
rencia del oxígeno de sangre arteriovenosa en todo el riñón es de
La potente estimulación de los riñones por los nervios noradre- sólo 14 ml/L de sangre, en comparación con 62 ml/L para el cerebro
nérgicos simpáticos causa reducción intensa del flujo sanguíneo y 114 ml/L para el corazón (cuadro 33-1). La PO2 de la corteza renal
renal. Este efecto es mediado por los receptores adrenérgicos α1 y en tiene valores de casi 50 mmHg. Por otra parte, la conservación del
menor grado, por los receptores adrenérgicos α2 postsinápticos. gradiente osmótico en la médula renal requiere un flujo sanguíneo
Ocurre alguna descarga tónica en los nervios renales en reposo en relativamente bajo. Por tanto, no es de sorprender que el flujo san-
animales y seres humanos. Cuando desciende la presión arterial sis- guíneo sea de casi 2.5 ml/g/min en la porción externa de la médula y
témica, la respuesta vasoconstrictora producida por disminución de de 0.6 ml/g/min en la porción interna de la médula. Sin embargo, se
la descarga de los nervios barorreceptores, comprende una vaso- realiza un trabajo metabólico, sobre todo para reabsorber sodio ioni-
constricción renal. El flujo sanguíneo renal se reduce durante el ejer- zado en la rama ascendente gruesa del asa de Henle, de manera que
cicio y en menor grado, al levantarse desde la posición de decúbito cantidades de oxígeno relativamente grandes son extraídas de la san-
supino. gre en la médula renal. La PO2 de la médula tiene cifras de casi 15
mmHg. Esto hace que la médula sea vulnerable a la hipoxia si se
AUTORREGULACIÓN DEL FLUJO reduce más el flujo sanguíneo. El óxido nítrico, las prostaglandinas y
SANGUÍNEO RENAL muchos péptidos cardiovasculares en esta región funcionan de una
manera paracrina para preservar el equilibrio entre el flujo sanguí-
Cuando el riñón recibe un flujo sanguíneo a presiones moderadas (90 neo bajo y las necesidades metabólicas.
a 220 mmHg en el perro), la resistencia vascular renal varía con la
presión de manera que el flujo sanguíneo renal es relativamente cons- FILTRACIÓN GLOMERULAR
tante (fig. 37-4). Este tipo de autorregulación ocurre en dichos órga-
nos y varios factores contribuyen a ello (cap. 32). La autorregulación MEDICIÓN DE LA TASA DE FILTRACIÓN
renal se presenta en riñones desnervados y en los aislados sin riego GLOMERULAR
sanguíneo, pero la impide la utilización de fármacos que paralizan el
músculo liso vascular. Aquélla tal vez se produce, en parte, por una La tasa filtración glomerular (GFR) es la cantidad de ultrafiltrado
respuesta contráctil directa para distender el músculo liso de la arte-
riola aferente. Quizá también intervenga el óxido nítrico (NO). Asi- plasmático que se forma por minuto y que se mide en animales
mismo, a presiones de perfusión bajas, la angiotensina II parece
participar al constreñir las arteriolas eferentes y por tanto, al conser- intactos de experimentación y en seres humanos, al cuantificar el
var la tasa de filtración glomerular. Se considera que ésta es la expli-
cación de la insuficiencia renal, la cual a veces sobreviene en pacientes nivel de una sustancia en el plasma y la cantidad excretada. La sus-
con un flujo sanguíneo renal deficiente que son tratados con fárma-
cos inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina. tancia utilizada para medir la GFR debe filtrar libremente a través de

800 los glomérulos y no debe secretarse ni resorberse por los túbulos.
Flujo sanguíneo renal
Además de la condición de que sea filtrada libremente y que no
600
se reabsorba ni secrete en los túbulos, la sustancia idónea para medir
400
la GFR debe ser atóxica y que el organismo no la metabolice. La inu-
200 Filtración glomerular
lina, polímero de fructosa con un peso molecular de 5 200, cumple
0
70 140 210 con dichas condiciones en los humanos y muchos animales y se uti-
Presión arterial (mmHg)
liza para medir la GFR.
FIGURA 374 Autorregulación en los riñones.
La depuración plasmática por riñones es el volumen de plas-

ml/min ma del cual los riñones extraen o eliminan totalmente una sustan-

cia en un lapso particular (por lo común en minutos). La cantidad

de la sustancia que aparece en la orina por unidad de tiempo es el

resultado de la filtración renal de un número particular de mililitros

de plasma que la contenían. La GFR y la depuración se miden en ml/

min.

Por ende, si se designa la sustancia con la letra X, el filtrado

glomerular equivale a la concentración de X en la orina (UX) por el
flujo urinario por unidad de tiempo (V· ) divididos por la concentra-
ción plasmática arterial de X (PX) o UXV· /PX. Este valor se denomi-

na depuración de X (CX).

CAPÍTULO 37 Función renal y micción 679

En la práctica, se aplica por vía intravenosa una dosis de carga agua corporal total, 15 tantos el volumen del líquido extracelular y
(bolo) de inulina, seguida de una infusión continua para mantener 60 tantos el volumen plasmático.
constante la concentración en plasma arterial. Después que es equi-
librada la inulina con los líquidos corporales, se obtiene una muestra CONTROL DE LA TASA
de orina en un periodo exacto y se consigue una muestra de plasma DE FILTRACIÓN GLOMERULAR
en el momento intermedio durante la recolección. Se valoran las
concentraciones plasmáticas y urinarias de inulina y se calcula el Los factores que controlan la filtración a través de los capilares glo-
aclaramiento: merulares son los mismos que los que determinan la filtración a través
de todos los demás capilares (cap. 31), es decir, el tamaño del lecho
UIN = 35 mg/ml capilar, la permeabilidad de los capilares y los gradientes de presión
t hidrostática y osmótica a través de la pared capilar. Para cada nefrona:
V = 0.9 ml/min
GFR = Kf [(PGC – PT) – (πGC – πT)]
PIN = 0.25 mg/ml
t donde Kf, coeficiente de ultrafiltración glomerular, es el producto de
UIN V 35 × 0.9 la conductividad hidráulica en la pared de los capilares glomerulares
CIN = PIN = 0.25 (es decir, su permeabilidad) y el área de superficie de filtración efec-
tiva; PGC, presión hidrostática media en los capilares glomerulares;
CIN = 126 ml/min PT, presión hidrostática media en el túbulo (espacio de Bowman);
πGC, presión oncótica del plasma en los capilares glomerulares y, πT,
La depuración de creatinina (CCr) también se utiliza para cono- presión oncótica del filtrado en el túbulo (espacio de Bowman).
cer la GFR, aunque parte de ella es secretada por los túbulos y en
PERMEABILIDAD
consecuencia la eliminación de dicho metabolito es un poco mayor
La permeabilidad de los capilares glomerulares es casi 50 veces
que la de la inulina. A pesar de esto, la eliminación de la creatinina mayor comparada con la de los capilares en el músculo esquelético.
Las sustancias neutras con diámetros moleculares efectivos menores
endógena permite conocer con precisión razonable la función de la de 4 nm son filtradas libremente y la filtración de las sustancias neu-
tras con diámetros de más de 8 nm es casi nula. Entre estos valores,
GFR, porque las cifras concuerdan bastante bien con las de la GFR la filtración es inversamente proporcional al diámetro. Sin embargo,
las sialoproteínas presentes en la pared de los capilares glomerulares
medidas con inulina (cuadro 37-2). Pese a tal situación, se utilizan tienen carga negativa y los estudios con dextranos cargados negativa
y positivamente indican que las cargas negativas repelen las sustan-
con mayor frecuencia los valores de PCr como tasa de la función cias de carga negativa en la sangre, lo cual da por resultado que la
renal (normal = 1 mg/100 ml). filtración de las sustancias aniónicas de 4 nm de diámetro sea menor
que la mitad de las sustancias neutras del mismo tamaño. Este fenó-
TASA DE FILTRACIÓN GLOMERULAR meno probablemente explica por qué la albúmina, que posee un diá-
NORMAL metro molecular efectivo de alrededor de 7 nm, normalmente tenga
una concentración glomerular de sólo 0.2% de su concentración
La velocidad del filtrado glomerular en una persona sana de consti- plasmática en vez de la concentración más elevada que cabría espe-
tución promedio equivale a casi 125 ml/min. Esta magnitud se rar con base sólo en el diámetro. La albúmina presente en la circula-
correlaciona muy bien con el área de superficie, pero los valores en ción sanguínea muestra carga negativa. Por el contrario, la filtración
las mujeres son 10% más bajos que los correspondientes a los varo- de sustancias catiónicas es mayor en comparación con la de las sus-
nes, inclusive después de la corrección con respecto al área de super- tancias neutras.
ficie. Un valor de 125 ml/min es 7.5 L/h, o 180 L/día, en tanto el
volumen urinario normal corresponde a casi 1 L/día. Por consi- La cantidad de proteína que se encuentra en la orina normal-
guiente, de manera normal se reabsorbe 99% o más del filtrado. A mente es menor de 100 mg/día y la mayor parte de ésta no es filtrada,
una velocidad de filtración glomerular de 125 ml/min, en un día los sino que se deriva de las células tubulares desprendidas. La presencia
riñones filtran un volumen de líquido equivalente a cuatro tantos del de cifras importantes de albúmina en la orina se denomina albumi-
nuria. En la nefritis, las cargas negativas en la pared glomerular están
CUADRO 372 Cifras normales de depuración (eliminación) disipadas y quizás aparezca albuminuria por este motivo, sin que
ocurra un incremento del tamaño de los “poros” de la membrana.
de diferentes solutos
TAMAÑO DEL LECHO CAPILAR
Sustancia Depuración (ml/min)
Las contracciones de las células del mesangio pueden alterar el coefi-
Glucosa 0 ciente de ultrafiltración glomerular y originar disminución de dicho
Sodio 0.9 coeficiente, lo cual se debe en gran parte a una reducción del área
Cloruro 1.3 disponible para la filtración. La contracción de los puntos donde se
Potasio 12
Fosfato 25
Urea 75
Inulina 125
Creatinina 140
PAH 560

680 SECCIÓN VII Fisiología renal

CUADRO 373 Agentes que producen contracción (mmHg)

o relajación de las células del mesangio Extremo aferente Extremo eferente

Contracción Relajación PGC 45 45

PT 10 10

Endotelinas ANP πGC 20 35
Angiotensina II Dopamina
Vasopresina PGE2 PUF 15 0
Noradrenalina cAMP
Factor activador de plaquetas PUF = PGC – PT – πGC
Factor de crecimiento derivado de
las plaquetas Presión (mmHg) 60
Tromboxano A2 40 ΔP
PGF2 20 Δπ
Leucotrienos C4 y D4
Histamina 0
01
PGF2, prostaglandina F2; ANP, péptido natriurético auricular; PGE2, prostaglandi-
na E2; cAMP, monofosfato de adenosina cíclico. Distancia adimensional a lo largo
de un capilar glomerular idealizado
bifurcan las asas capilares tal vez desvía el flujo sanguíneo, alejándo-
lo de algunas de las asas y, en otras partes, las células del mesangio FIGURA 375 Presión hidrostática (PGC) y presión osmótica (πGC) en
contraídas se distorsionan y comprimen la luz de los capilares. En el
cuadro 37-3 se enumeran los fármacos que se han utilizado para un capilar glomerular en la rata. PT, presión en la cápsula de Bowman;
afectar las células del mesangio. La angiotensina II constituye un PUF, presión de filtración neta. La presión oncótica del filtrado en el túbulo
regulador importante de la contracción del mesangio y en los glomé- (πT) normalmente es insignificante. De manera que la Δπ = πGC, ΔP = PGC – PT.
rulos existen receptores de angiotensina II. Además, algunas prue-
bas indican que las células del mesangio sintetizan renina. (Con autorización de Mercer PF, Maddox DA, Brenner BM: Current concepts of sodium
chloride and water transport by the mammalian nephron. West J Med 1974;120:33.)

plasmático renal aumentaría la filtración, ya que incrementaría la dis-
tancia donde tendría lugar la filtración a través de los capilares.

Es muy variable el alcance del equilibrio de la filtración entre las
especies y la medición del coeficiente de ultrafiltración glomerular
conlleva algunas incertidumbres. No está bien dilucidado si en el ser
humano se logra un equilibrio de la filtración.

PRESIÓN HIDROSTÁTICA Y OSMÓTICA CAMBIOS EN LA TASA
DE FILTRACIÓN GLOMERULAR
La presión en los capilares glomerulares es más elevada si se le com-
para con la de otros lechos capilares, en virtud de que las arteriolas Las variaciones en los factores descritos en párrafos precedentes y
aferentes son ramas rectas y cortas de las arterias interlobulillares. enumerados en el cuadro 37-4 tienen efectos previsibles sobre el fil-
Asimismo, las arteriolas eferentes, vasos “corriente abajo” de los glo- trado glomerular. Las modificaciones en la resistencia de los vasos
mérulos, muestran una resistencia relativamente elevada. La presión
hidrostática capilar es contrarrestada por la presión hidrostática CUADRO 374 Factores que afectan la GFR
generada en la cápsula de Bowman; también se neutraliza con el gra-
diente de presión oncótica generado en los capilares glomerulares Cambios en el flujo sanguíneo renal
(πGC – πT). En situaciones normales, la presión oncótica del filtrado Cambios en la presión hidrostática de los capilares glomerulares
en el túbulo es insignificante y el gradiente básicamente es igual a la Cambios en la presión arterial sistémica
presión oncótica originada por las proteínas plasmáticas. Constricción arteriolar aferente o eferente
Cambios en la presión hidrostática de la cápsula de Bowman
En la figura 37-5 se muestran las presiones efectivas que se Obstrucción ureteral
observan en un tipo de ratas. La presión de filtración neta (PUF) tiene Edema renal en el interior de la cápsula renal tensa
cifras 15 mmHg en el extremo aferente de los capilares glomerulares, Cambios en la concentración de las proteínas plasmáticas:
pero desciende a cero (es decir, si alcanza el equilibrio de la filtración) deshidratación, hipoproteinemia (factores menores)
proximal al extremo eferente de los capilares glomerulares. Esto se Cambios en el Kf
debe a que el líquido abandona el plasma y aumenta la presión oncó- Cambios en la permeabilidad de los capilares glomerulares
tica conforme la sangre pasa a través de los capilares glomerulares. En Cambios en el área de superficie de filtración efectiva
la figura 37-5, también se muestra la modificación calculada en Δπ en
un capilar glomerular idealizado. Es evidente, asimismo, que las por- Kf, coeficiente de ultrafiltración glomerular.
ciones de los capilares glomerulares de modo normal no contribuyen
a la formación del ultrafiltrado glomerular; es decir, el intercambio a
través de los capilares glomerulares es limitado por el flujo más que
por la difusión. También es notorio que una reducción en la velocidad
de elevación de la curva de Δ producida por un aumento en el flujo

CAPÍTULO 37 Función renal y micción 681

renales como consecuencia de la autorregulación tienden a estabili- de micropunción. Es factible insertar micropipetas en los túbulos de
zar la presión de filtración, pero cuando la presión arterial sistémica riñón viviente y valorar la composición del aspirado de líquido tubu-
media desciende por debajo del intervalo de autorregulación (fig. lar con el uso de técnicas microquímicas. Además, se pueden inser-
37-4), la GFR se reduce súbitamente. La GFR tiende a mantenerse tar dos pipetas en un túbulo e irrigarse el túbulo in vivo. Como
cuando la constricción de las arteriolas eferentes es mayor compara- alternativa, es posible estudiar in vitro los segmentos de túbulos ais-
da con la de las aferentes, pero la constricción de unas y otras dismi- lados irrigados y se pueden desarrollar células tubulares así como
nuye el flujo sanguíneo en los túbulos. estudiarse en cultivo.

FRACCIÓN DE FILTRACIÓN MECANISMOS DE REABSORCIÓN
Y SECRECIÓN TUBULARES
El cociente de la GFR a flujo plasmático renal, la fracción de filtra-
ción, normalmente presenta un valor de 0.16 a 0.20. La GFR varía Las proteínas pequeñas y algunas hormonas peptídicas son reabsor-
menos que el flujo plasmático renal. Cuando hay un descenso de la bidas en los túbulos proximales mediante endocitosis. Otras sustan-
presión arterial sistémica, la GFR desciende menos que el filtrado cias son secretadas o reabsorbidas en los túbulos por difusión pasiva
plasmático renal en virtud de la constricción de las arteriolas eferen- entre las células y a través de éstas por medio de difusión facilitada a
tes y por consiguiente, aumenta la fracción de filtración. través de gradientes químicos o eléctricos o el transporte activo en
contra de tales gradientes. El movimiento ocurre por medio de con-
FUNCIÓN TUBULAR ductos iónicos, moléculas de intercambio, moléculas de cotranspor-
te y bombas. Hoy en día, se han clonado muchas de ellas y se está
GENERALIDADES estudiando su regulación.

La cantidad de cualquier sustancia (X) filtrada es el producto del Es importante advertir que las bombas y otras unidades de la
filtrado glomerular y la concentración plasmática de la sustancia membrana luminal son diferentes a las encontradas en la membrana
(ClnPX). Las células tubulares pueden añadir mayor concentración de basolateral. Tal como se comentó en el caso del epitelio gastrointesti-
las sustancias al filtrado (secreción tubular), pueden retirar parte nal, es precisamente la distribución polarizada que se mencionó, la
de la sustancia o toda la sustancia del mismo (reabsorción tubular) o que permite el desplazamiento neto de solutos a través de los epitelios.
pueden hacer ambas cosas. La cantidad de la sustancia excretada por
unidad de tiempo (UXV· ) equivale a la cantidad filtrada más la canti- Al igual que los sistemas de transporte en otras partes, el siste-
dad neta transportada por los túbulos. Esta última cifra es indicada ma de transporte activo en los riñones tiene una tasa máxima, o
de manera conveniente por el símbolo TX (fig. 37-6). La eliminación transporte máximo (Tm), a la cual pueden transportar un soluto
de la sustancia equivale a la GFR cuando no se produce una secre- específico. Como consecuencia, la cantidad de un soluto específico
ción tubular neta o reabsorción, y dicha eliminación supera a la GFR transportado es proporcional a su cifra presente hasta el transporte
si hay una secreción tubular neta y es menor que la tasa de filtración máximo para el soluto, pero a concentraciones más altas, se satura el
glomerular cuando ocurre una reabsorción tubular neta. mecanismo de transporte y no se aprecia un incremento de la canti-
dad transportada. Sin embargo, los transportes máximos para algu-
Gran parte de los conocimientos sobre la filtración glomerular nos sistemas son considerables y es difícil saturarlos.
y la función tubular se ha obtenido mediante el empleo de técnicas
Asimismo, cabe hacer notar que el epitelio tubular, al igual que
GFR = PX + TX = UXV˙ el del intestino delgado, es un epitelio poroso por cuanto las unio-
nes intercelulares hacen posible el paso de agua y electrólitos en cier-
Filtrado ta medida. El grado en el que la filtración por esta vía paracelular
= GFR = PX contribuye al flujo neto de líquido y solutos hacia los túbulos y fuera
de los mismos es controvertido dado que es difícil cuantificarlo, pero
Secretado pruebas actuales parecen indicar que es un factor importante en el
túbulo proximal. Una indicación de esto es que la paracelina-1, una
Reabsorbido proteína ubicada en las uniones intercelulares, se relaciona con la
reabsorción de iones magnesio (Mg2+), y una mutación con pérdida
de función del gen para su síntesis genera una eliminación urinaria
intensa de magnesio y calcio (Ca2+) ionizados.

Excretado REABSORCIÓN DE IONES SODIO
= UX V˙
La reabsorción de iones sodio y cloruro (Cl–) desempeña una fun-
TX = 0 TX = Negativo TX = Positivo ción importante en la homeostasis de los electrólitos y el agua del
GFR = PX = UXV˙ GFR = PX > UXV˙ GFR = PX < UXV˙ organismo. Además, el transporte del sodio ionizado se acopla al
movimiento de hidrogeniones (H+), glucosa, aminoácidos, ácidos
Ejemplo: inulina Ejemplo: glucosa Ejemplo: PAH orgánicos, fosfato y otros electrólitos y sustancias a través de las
paredes tubulares. En el cuadro 37-5 se enumeran los principales
FIGURA 376 Función tubular. Véase en el texto la explicación de cotransportadores e intercambiadores que operan en las diversas
porciones de la nefrona. En los túbulos proximales, la región gruesa
los símbolos. de la rama ascendente del asa de Henle, los túbulos distales y los

682 SECCIÓN VII Fisiología renal

CUADRO 375 Proteínas de transporte que intervienen Espacio
intercelular
en el movimiento del ion sodio (Na+) y el cloruro (Cl–) a través lateral
de las membranas apicales de las células tubulares renalesa

Sitio Transportador Función Unión
Túbulo apical intercelular K+
proximal CT de Na+/glucosa Captación de Na+, captación
de glucosa Na+
Asa CT de Na+/Pi CT Captación de Na+, captación
ascendente de Na+ de Pi Luz Na+
gruesa CT de Captación de Na+, captación tubular Na+
aminoácidos de aminoácido
Túbulo CT de Na+/lactato Captación de Na+, captación Na+
contorneado de lactato
distal Intercambiador de Captación de Na+, extrusión K+
Túbulo Na/H de H+
colector Intercambiador de Captación de Cl– Na+
Cl/base
CT de Na-K-2Cl Captación de Na+, captación Líquido
de Cl–, captación de K+
Intercambiador de Captación de Na+, extrusión intersticial
Na/H de H+ K+
Conductos del K+ Extrusión de K+ (reciclamiento)
CT del NaCl Na+, etc.
Captación de Na+, captación
Conducto del Na+ de Cl– FIGURA 377 Mecanismo de reabsorción del ion sodio (Na+) en el
(ENaC)
Captación de Na+ túbulo proximal. Este ion se desplaza fuera de la luz tubular por medio
de un mecanismo de cotransporte e intercambio a través de la
a La captación indica el movimiento desde la luz tubular hasta el interior de las membrana apical del túbulo (línea de rayas). El sodio ionizado es
células, la extrusión es el movimiento desde el interior de la célula hasta la luz transportado activamente hacia el líquido intersticial por la Na, K-ATPasa
tubular. CT, cotransportador; Pi, fosfato inorgánico. que opera en la membrana basolateral (flechas continuas). El ion potasio
(K+) entra en el líquido intersticial a través de los conductos de potasio.
Datos de Schnermann JB, Sayegh EI: Kidney Physiology. Lippincott-Raven, 1998. Una pequeña cantidad de ion sodio, otros solutos y agua (H2O) vuelve a
entrar a la luz tubular mediante el transporte pasivo a través de las
túbulos colectores, el ion sodio se desplazan mediante cotransporte uniones intercelulares (línea punteada).
o intercambio desde la luz tubular hasta las células epiteliales de los
túbulos por medio de sus gradientes de concentración y eléctrico, y ion. En el túbulo contorneado distal se absorbe 7% del Na+ filtrado,
luego es bombeado activamente desde estas células hacia el espacio por parte del cotransportador de sodio y cloruro. La parte restante
intersticial. El ion sodio es bombeado hacia el intersticio por la Na, del ion sodio filtrado, casi 3%, se absorbe a través de los conductos
K-ATPasa activa en la membrana basolateral. Por consiguiente, el epiteliales de sodio (EnaC) en los túbulos colectores y ésta es la por-
sodio se transporta de modo activo fuera de todos los segmentos del ción que es regulada por la aldosterona en los ajustes homeostáticos
túbulo renal, excepto en las porciones delgadas del asa de Henle. En del equilibrio de sodio ionizado.
el capítulo 2, se describe con detalle la operación de la bomba de
sodio ampliamente distribuida. Ésta origina la extrusión de tres REABSORCIÓN DE GLUCOSA
iones sodio en intercambio por dos de potasio, los cuales son bom-
beados hacia el interior de la célula. La glucosa, los aminoácidos y el bicarbonato se reabsorben junto
con el ion sodio en la porción inicial del túbulo proximal (fig. 37-8).
Las células tubulares de la nefrona están conectadas por unio- La glucosa suele ser una de las sustancias extraídas de la orina
nes justas en los bordes luminales, pero hay un espacio entre las mediante transporte activo secundario. Es filtrada a una tasa aproxi-
células en las áreas restantes de sus bordes laterales. Gran parte del mada de 100 mg/min (80 mg/100 ml de plasma × 125 ml/min). Bási-
sodio ionizado es transportado de manera activa hacia los espacios camente se reabsorbe toda la glucosa y no más de algunos miligramos
intercelulares laterales (fig. 37-7). aparecen en la orina en un periodo de 24 h. La cantidad reabsorbida
es proporcional a la filtrada y por tanto, a la concentración plasmáti-
Normalmente, alrededor de 60% del sodio ionizado filtrado es ca de glucosa (PG) multiplicada por el filtrado glomerular hasta con-
reabsorbido en el túbulo proximal, principalmente mediante el seguir el transporte máximo (TmG). Cuando se supera este último,
intercambio de sodio-hidrógeno (Na-H). Otro 30% es absorbido a aumenta la cantidad de glucosa en la orina (fig. 37-9). El transporte
través del cotransportador de Na-2Cl-K en la rama ascendente grue- máximo de glucosa asciende a casi 375 mg/min en varones y a 300
sa del asa de Henle. mg/min en mujeres.

En los segmentos de la nefrona, el desplazamiento paracelular El umbral renal para la glucosa es la concentración plasmática a
pasivo de sodio también contribuye a la resorción global de dicho la cual aparece inicialmente esta sustancia en la orina en cantidades
mayores de las mínimas normales. Es de esperar que el umbral renal
sea de casi 300 mg/100 ml, es decir, 375 mg/min (de transporte máxi-
mo de glucosa) divididos por 125 ml/min (tasa de filtración glomeru-
lar). No obstante, el umbral renal efectivo es de casi 200 mg/100 ml de

CAPÍTULO 37 Función renal y micción 683

2.6 Inulina
. Glucosa
TF 2.4
P P
Glucosa reabsorbida (TG ) UV2.2
Inulina TmG

2.0 Ángulo
1.8
"Ideal"
1.6 Actual
1.4 Cl–
Glucosa plasmática (PG )
1.2 K+ Na+
FIGURA 379 Transporte renal de la glucosa. Arriba: relaciones de
1.0 osm
0.8 la concentración plasmática (P) y la excreción (UV) de glucosa e inulina.
Abajo: relación entre la concentración plasmática de glucosa (PG) y la
0.6 HCO3– cantidad de glucosa que se reabsorbe (TG).
0.4
sido vegetal florizina, el cual compite con la d-glucosa por la unión
Aminoácidos al transportador.
0.2

Glucosa

0 25 30 75 100
Porcentaje de longitud del túbulo proximal

FIGURA 37-8 Reabsorción de diversos solutos en el túbulo

proximal. TF/P, índice de concentración líquido:plasma tubular. (Cortesía

de FC Rector Jr.)

plasma arterial, lo cual corresponde a una concentración en sangre OTROS EJEMPLOS DE TRANSPORTE
venosa de casi 180 mg/100 ml. En la figura 37-9 se muestra por qué ACTIVO SECUNDARIO
el umbral renal efectivo es menor comparado con el umbral previsto.
Se obtendría la curva “ideal” que se muestra en este diagrama si el Al igual que la reabsorción de glucosa, la de aminoácidos es muy
transporte máximo de glucosa en todos los túbulos fuese idéntico y si intensa en la primera porción del túbulo contorneado proximal. La
toda la glucosa se extrajera de cada túbulo cuando el volumen filtrado absorción en este sitio se parece a la que ocurre en el intestino (cap.
estuviese por debajo del transporte máximo de glucosa. Esto no ocu- 26). Los principales transportadores en la membrana apical cotrans-
rre así y, en el ser humano, por ejemplo, la curva real es redondeada y portan sodio ionizado, en tanto los transportadores en las membra-
se desvía bastante de la curva “ideal”. Tal desviación se denomina des- nas basolaterales no son dependientes de ion sodio. Este último es
bordamiento. La magnitud de este último es inversamente propor- bombeado fuera de las células por la Na, K-ATPasa y los aminoáci-
cional a la avidez con la cual el mecanismo de transporte fija la dos salen por difusión pasiva o facilitada hacia el líquido intersticial.
sustancia que transporta.
Parte del cloruro se reabsorbe con sodio ionizado y iones pota-
MECANISMO DE TRANSPORTE sio en la rama ascendente gruesa del asa de Henle. Además, se han
DE LA GLUCOSA identificado dos miembros de la familia de los conductos del cloro
en el riñón. Las mutaciones del gen para uno de los conductos rena-
La reabsorción de glucosa en los riñones es similar a la de glucosa en les se vinculan con cálculos renales de calcio e hipercalciuria (enfer-
el intestino (cap. 26). La glucosa y el sodio ionizado se unen al trans- medad de Dent), pero aún no se ha esclarecido de qué manera está
portador de glucosa dependiente de sodio (SGLT) 2 en la membrana vinculado el transporte tubular de ion calcio y cloruro.
apical y la glucosa es transportada hacia la célula a medida que el ion
sodio se desplaza a través de su gradiente eléctrico y químico. Este TRANSPORTE DE ÁCIDO
ion es bombeado después fuera de la célula hacia el intersticio y la pAMINOBUTÍRICO
glucosa es conducida por el transportador de glucosa (GLUT) 2
hacia el líquido intersticial. Por lo menos en la rata, se observa tam- La dinámica de transporte de este ácido ilustra la operación de los
bién cierto transporte por transportador de glucosa dependiente de mecanismos de transporte activo que secretan sustancias hacia el
sodio 1 y el transportador de glucosa 1. líquido tubular (Recuadro clínico 37-1). La carga filtrada de ácido
p-aminobutírico es una función lineal de la concentración plasmática,
El SGLT 2 se une de manera específica al dextroisómero (isó- pero la secreción del mismo aumenta a medida que se eleva la presión
mero d) de la glucosa y la tasa de transporte de la d-glucosa es parcial de ácido p-aminobutírico (PPAH) sólo hasta que se alcanza una
muchos tantos mayor que la de la l-glucosa. El transporte de glucosa tasa de secreción máxima de ácido p-aminobutírico (TmPAH) (fig.
en los riñones es inhibido, lo mismo que en el intestino, por el glucó- 37-10). Cuando la PPAH es baja, la eliminación de ácido p-aminobutí-
rico está elevada; pero cuando aumenta la presión parcial de ácido

684 SECCIÓN VII Fisiología renal

RECUADRO CLÍNICO 37-1 Glucosa, mg/100 ml
200 400 600

Sustancias secretadas por los túbulos Depuración (ml/min) 600 20 40 60 80
PAH, mg/100 ml
Los derivados del ácido hipúrico además del ácido p-aminobu-
tírico (PAH), el rojo fenólico y otros colorantes a base de sulfon- 500
ftaleína, la penicilina y diversos colorantes yodados son
secretados activamente hacia el líquido tubular. Las sustancias 400
que normalmente se generan en el organismo y son secretadas
por los túbulos comprenden diversos sulfatos etéreos, esteroi- 300 PAH
des y otros glucurónidos, así como el ácido 5-hidroxiindolacéti- Glucosa
co, el principal metabolito de la serotonina. 200
Inulina
AVANCES TERAPÉUTICOS
100
La furosemida, diurético con acción en el asa de Henle y
los diuréticos tiazídicos son aniones orgánicos que 0
penetran a los sitios de acción en los túbulos (rama Concentración plasmática (P)
ascendente gruesa y túbulo contorneado distal, respec-
tivamente) cuando son secretados en la orina por el FIGURA 3711 Depuración de inulina, glucosa y ácido
túbulo proximal.
p-aminobutírico (PAH) a diversas concentraciones plasmáticas de
p-aminobutírico por encima del transporte máximo de dicho ácido cada sustancia en el ser humano.
(TmPAH), su eliminación desciende de forma progresiva. Con el tiem-
po se acerca a la depuración de la inulina (CIn) (fig. 37-11), ya que la aumenta la tasa de flujo a través de la rama ascendente del asa de
cantidad de ácido p-aminobutírico secretada se convierte en una frac- Henle y la primera porción del túbulo distal, disminuye la filtración
ción cada vez más pequeña de la cifra total excretada. glomerular en la misma nefrona y, por lo contrario, una reducción
en el flujo incrementa la GFR (fig. 37-12). Este proceso, denomina-
Por lo contrario, la eliminación de glucosa es básicamente de do retroalimentación tubuloglomerular, tiende a conservar la
cero a valores de presión parcial de glucosa por debajo del umbral constancia de la carga que llega al túbulo distal.
renal; sin embargo, por arriba del umbral, esta eliminación aumenta
hasta llegar a la de inulina a medida que se incrementa la presión El sensor para esta respuesta es la mácula densa. La cantidad de
parcial de glucosa. líquido que entra en el túbulo distal en el extremo de la rama ascen-
dente gruesa del asa de Henle, depende de la cantidad de iones sodio y
Ya se describió antes la utilización del CPAH para conocer el flu- cloruro presente en el mismo. Tales iones entran a las células de la
jo plasmático renal efectivo. mácula densa a través del cotransportador de Na-K-2Cl que opera en
sus membranas apicales. El aumento de sodio ionizado produce un
incremento de la actividad de la Na, K-ATPasa y un aumento conse-
cutivo en la hidrólisis de trifosfato de adenosina (ATP) propicia la for-
mación de más adenosina. Tal vez esta última es secretada por la
membrana basal de las células. Ésta ejerce su acción a través de los

RETROALIMENTACIÓN Presión arteriolar
TUBULOGLOMERULAR Y EQUILIBRIO renal
GLOMEROLOTUBULAR
Presión de los capilares
Las señales provenientes del túbulo renal en cada nefrona retroali- glomerulares
mentan para afectar la filtración en su glomérulo. A medida que
Equilibrio GFR Retro-
PAH glomerulo- alimentación
Reabsorción de solutos tubulo-
tubular en el túbulo proximal glomerular

Ángulo Inulina Reabsorción de solutos
. en el asa ascendente
UV
gruesa

P Descarga de sal
y líquido hacia
FIGURA 3710 Relación entre las concentraciones plasmática (P) el túbulo distal

y la excreción (UV) de ácido p-aminobutírico (PAH) e inulina. FIGURA 3712 Mecanismos del equilibrio glomerulotubular y la

retroalimentación tubuloglomerular.