Frecuencia respiratoria 2: anatomía y fisiología de la respiración

Introducción

Para entender el proceso de la respiración es importante estar familiarizado con la anatomía del tórax y la fisiología del sistema respiratorio. La respiración tiene dos componentes esenciales:

• Ventilación: el proceso de mover físicamente el aire dentro y fuera de los pulmones;
• Intercambio de gases: el proceso de introducir oxígeno (O2) en el cuerpo y de sacar dióxido de carbono (CO2).

Anatomía y fisiología

Los pulmones están situados dentro de la caja torácica encerrada por dos membranas pleurales (Fig 1). En la base del tórax, separándolo de la cavidad abdominal, se encuentra el diafragma. Éste es el músculo principal de la inspiración y está inervado por el nervio frénico.

Los pulmones están formados por vías respiratorias grandes y pequeñas, siendo la tráquea la mayor y la primera de las 23 generaciones de vías respiratorias. Las vías respiratorias de cada generación surgen de la anterior mediante un sistema de ramas dicotómicas irregulares (Davies y Moore, 2010). Las vías respiratorias más pequeñas (bronquiolos respiratorios) contienen alvéolos en sus paredes. Los alvéolos son el lugar de intercambio de gases y su presencia aumenta a medida que las vías respiratorias se hacen más pequeñas. Esto permite que la superficie total del pulmón aumente exponencialmente permitiendo la máxima oportunidad para el intercambio de gases.

Los quimiorreceptores centrales y periféricos sensibles a la hipoxia (niveles bajos de O2) y a la hipercapnia (aumento del CO2) controlan el impulso de la respiración (Davies y Moore, 2010).

Ventilación

El aire se desplaza de forma natural desde una zona de alta presión a otra de baja presión. Durante la respiración normal, la inspiración se produce por la contracción y el aplanamiento del diafragma y la contracción de los músculos intercostales externos, lo que provoca una elevación y un movimiento hacia fuera de la caja torácica. Esto aumenta el tamaño de la cavidad torácica. Estos cambios hacen que la capa pleural parietal de los pulmones se mueva con la caja torácica y el diafragma, creando una presión negativa. La capa pleural visceral adherida a la superficie de los pulmones le sigue y los pulmones se expanden, aspirando aire.

La respiración en reposo es un proceso en gran medida pasivo; los músculos inspiratorios se relajan y se produce un retroceso elástico de los pulmones dando lugar a un estado de equilibrio de presión antes de que el ciclo comience de nuevo (Bourke y Burns, 2015). Este movimiento de la pared torácica se observa cuando se mide la frecuencia respiratoria (RR). Los cambios en la RR se producen en respuesta al ejercicio, a las emociones y durante el sueño; esos cambios en la RR asociados al ejercicio y a la ansiedad pueden ser superiores a 25 latidos por minuto, pero normalmente volverán a la normalidad en un estado de reposo y calma.

Intercambio gaseoso

El proceso de ventilación lleva el aire a los alvéolos, donde se produce el intercambio gaseoso por un simple proceso de difusión. Un gas se moverá desde un área de alta concentración a un área de baja concentración. La presión parcial de O2 en la atmósfera es mayor que en el cuerpo y el torrente sanguíneo contiene una presión parcial de CO2 mayor que la de la atmósfera. Para que el intercambio de gases sea efectivo, el aire respirado en los pulmones debe viajar hasta la membrana alveolar, donde las paredes de los capilares son delgadas y existe una gran superficie total.

¿Qué es un RR de referencia?

Cuando se produce la ventilación y el intercambio de gases, el rango normal de saturación de oxígeno de la sangre (SpO2) es del 94-98% (O’Driscoll et al, 2017) y esto puede mantenerse en reposo con una RR de 12-20 respiraciones por minuto.

La Fig. 2 muestra la curva de disociación de la oxihemoglobina. Esto ilustra cómo los factores fisiológicos pueden conducir a un cambio en la RR como resultado de un cambio en la SpO2. Por ejemplo, si hay una disminución del O2 atmosférico disponible (PO2) en la altitud, la SpO2 caerá, desencadenando un aumento de la RR. En las enfermedades en las que se alteran los niveles de temperatura o de pH de la sangre, desplazando la curva de disociación de la oxihemoglobina hacia la derecha o la izquierda, la RR se verá afectada a medida que el organismo intente restablecer la homeostasis.

Efecto de la mala salud en la línea de base de la RR

Es importante cuestionar si la RR como parte del Sistema Nacional de Alerta Temprana (NEWS) (Royal College of Physicians, 2017) es más útil en pacientes que no tienen ninguna condición respiratoria conocida, donde una puntuación de 0 (12-20 respiraciones por minuto) es una verdadera línea de base.

En condiciones pulmonares en las que el intercambio de gases y/o la ventilación están deteriorados en reposo, los impulsos hipóxicos e hipercápnicos aumentarán la RR para mantener la SpO2. Un intercambio gaseoso deficiente, como se observa en afecciones como la fibrosis pulmonar o el enfisema (causados por el engrosamiento de la pared alveolar y la destrucción del tejido pulmonar, respectivamente), da lugar a una mayor RR en reposo. Por lo tanto, es importante tener en cuenta la línea de base «normal» del paciente.

Las enfermedades pulmonares obstructivas comunes, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica o el asma, se caracterizan por un aumento de la resistencia al flujo de aire, ya que las vías respiratorias pequeñas se estrechan, lo que reduce el suministro de oxígeno al aveoli. Durante las exacerbaciones agudas, esta resistencia aumenta, lo que provoca un aumento de la RR. La administración de broncodilatadores relaja el músculo liso de la pared de las vías respiratorias, reduciendo la resistencia y devolviendo el RR a niveles normales.

Las afecciones neuromusculares que afectan a los pulmones suelen conducir a la hipoventilación, ya que los mecanismos necesarios para la ventilación normal no funcionan correctamente. En este caso, una RR baja (bradipnea) puede conducir a una insuficiencia respiratoria.

Durante la cirugía y la recuperación postoperatoria, la RR debe vigilarse estrechamente, ya que los anestésicos, que suelen contener opioides, pueden deprimir la respiración y reducir la RR (Koo y Eikermann, 2011). Actúan sobre los quimiorreceptores centrales suprimiendo el impulso respiratorio.

Es importante recordar que la oximetría de pulso mide la saturación de oxígeno mientras que la RR mide la ventilación. Durante las primeras fases de deterioro, la SpO2 de los pacientes puede parecer estar en el rango normal, pero la RR aumentará en respuesta a un intercambio gaseoso inadecuado. Los cambios en la RR suelen ser el primer signo de deterioro (véase la parte 1).

El futuro

La RR es una indicación temprana del deterioro del paciente, y la identificación temprana del cambio garantiza que los pacientes reciban intervenciones clínicas significativas. Para que la RR sea útil como signo de alerta temprana en pacientes con una enfermedad respiratoria conocida, necesitamos saber qué es lo normal para ese paciente.

Como se discutirá más adelante en la serie, existen tecnologías que pueden medir objetivamente la RR en reposo de un paciente y tenemos que considerar si deben utilizarse de forma rutinaria en la práctica como con la medición de la SpO2 o la presión arterial.