Asma, EPOC y TEP: Fisiopatología Respiratoria Detallada

Asma: Fisiopatología y Mecanismos

El asma es una enfermedad crónica, episódica, caracterizada por paroxismos de disnea, tos seca y sibilancias, que puede remitir espontáneamente o con tratamiento. Se caracteriza por periodos asintomáticos y ocurre debido a un aumento de la reactividad del árbol traqueobronquial a múltiples estímulos que no deberían afectar las vías respiratorias.

Factores Predisponentes

La fisiopatología del asma es compleja y multifactorial, involucrando alérgenos, agentes infecciosos y físicos, fármacos, ejercicio, factores hormonales, estrés, reflujo gastroesofágico, entre otros. Existen dos hipótesis no excluyentes:

1. La obstrucción bronquial es causada por la acción de mediadores químicos específicos como histamina, leucotrienos (sustancia de reacción lenta de anafilaxia), prostaglandinas y otras sustancias liberadas que aumentan la secreción de moco y el edema de la submucosa (por leucotrienos).
2. El estrechamiento bronquial es causado por una anomalía en la regulación nerviosa del tono del músculo liso de las vías aéreas, como un desequilibrio entre la actividad del sistema nervioso parasimpático (que induce broncoconstricción) y la del sistema nervioso simpático (que induce broncodilatación); o bien, entre vías no colinérgicas y no adrenérgicas que influyen en el calibre de las vías aéreas.

Componentes Inflamatorios

El asma tiene dos componentes principales:

1. Inflamatorio: Incluye una primera fase de sensibilización y una segunda de exposición. En la primera fase, el estímulo es captado por células dendríticas que inducen la activación de linfocitos T CD4+ de un perfil Th2, que producen IL-4. Esta interleucina activa a los linfocitos B para su proliferación y diferenciación en células plasmáticas (produciendo IgE específica del alérgeno que se fija a receptores de alta afinidad en los mastocitos, sensibilizándolos) y células de memoria. En la segunda fase, la exposición al mismo alérgeno se fija a la IgE en los mastocitos sensibilizados, generando la desgranulación de los mismos, liberando mediadores preformados (serotonina e histamina) y neoformados (prostaglandinas, leucotrienos, citoquinas, proteasas, etc.) que producen vasodilatación, aumento de la permeabilidad vascular y contracción del músculo liso.
2. Muscular: El sistema nervioso simpático (SNS) produce adrenalina y noradrenalina. La adrenalina, al actuar sobre receptores β, aumenta las concentraciones intracelulares de AMPc, generando relajación muscular. La noradrenalina, al actuar sobre receptores α, aumenta los niveles intracelulares de GMPc, produciendo contracción muscular. El sistema nervioso parasimpático (SNP) produce acetilcolina, que al actuar sobre receptores colinérgicos también aumenta el GMPc, resultando en contracción muscular.

La reacción temprana (desgranulación de mastocitos) y una reacción tardía (extravasación de polimorfonucleares como neutrófilos y eosinófilos) resultan en la liberación de proteasas como la proteína básica mayor y la proteína catiónica de eosinófilos, que dañan el tejido y producen denudación del epitelio, formando los cuerpos de Creola. Esta denudación induce la exposición de terminaciones nerviosas que se activan y transmiten por una vía aferente al tallo encefálico, generando una respuesta predominantemente de broncoconstricción y secreción de moco.

Crisis Asmática: Mecanismos Fisiopatológicos

Durante una crisis asmática, la inflamación, hipersecreción bronquial, edema y broncoconstricción aumentan la resistencia al flujo de aire. Para mantener las vías aéreas abiertas y permitir la ventilación, el paciente respira a volúmenes pulmonares altos. Esto provoca un aumento del retroceso elástico y la tracción radial sobre las vías aéreas, contrarrestando el cierre.

Esto genera cambios en los volúmenes pulmonares: la capacidad vital (CV) disminuye progresivamente hasta aproximarse al volumen corriente (VC), mientras que la capacidad residual funcional (CRF) y el volumen residual (VR) aumentan notablemente. Aunque el cierre prematuro de las vías aéreas es el principal rasgo patológico del asma severa, muchas de las anomalías fisiológicas derivan del requerimiento de la respiración a volúmenes pulmonares sumamente elevados.

Trabajo Respiratorio Aumentado

El trabajo respiratorio aumenta debido a:

1. La necesidad de respirar desde una CRF aumentada, lo cual exige un aumento de la fuerza de los músculos inspiratorios para contrarrestar el retroceso aumentado de los pulmones y la pared torácica a ese volumen.
2. La necesidad de generar mayores fuerzas musculares durante la inspiración para vencer la mayor resistencia al flujo de aire de las vías aéreas estrechadas.

Insuficiencia Respiratoria y Circulatoria

Insuficiencia Respiratoria: Si los músculos inspiratorios no pueden generar fuerza suficiente para alcanzar un volumen pulmonar suficientemente alto para permitir una respiración adecuada, se produce retención de CO2, hipoxia severa y apnea completa. De igual modo, si los músculos inspiratorios no pueden mantener la hiperinsuflación del sistema respiratorio durante la crisis, se genera fatiga muscular que lleva a la insuficiencia respiratoria rápidamente.

Insuficiencia Circulatoria: La hiperinsuflación y el concomitante aumento de la negatividad de la presión pleural pueden llevar a un cor pulmonale y a una insuficiencia cardiaca derecha. La hiperinsuflación causa un aumento de la resistencia vascular pulmonar gracias al efecto de la insuflación de los alvéolos sobre los capilares alveolares y otros vasos “alveolares” de pequeño calibre. Esto trae como consecuencia un aumento de la postcarga del ventrículo derecho e izquierdo, que se traduce como un aumento del trabajo cardíaco, y por ende, mayor consumo de oxígeno (para mantener los mismos niveles de presión arterial pulmonar y presión arterial sistémica, en relación con la presión pleural).

Gases Sanguíneos en la Crisis Asmática

Temprana:

• PaO2: Disminuida. La obstrucción de las vías aéreas dificulta la llegada de oxígeno a los alvéolos, reduciendo la cantidad de oxígeno que se puede captar en la sangre.
• PaCO2: Disminuida o normal. Inicialmente, puede haber una disminución de la PaCO2 debido a la hiperventilación (aumento de la frecuencia y profundidad de la respiración) que el paciente experimenta para compensar la falta de aire. Sin embargo, a medida que la obstrucción empeora, la PaCO2 puede normalizarse.
• pH: Aumentado (alcalosis respiratoria). La hiperventilación provoca una disminución de la PaCO2, lo que a su vez eleva el pH de la sangre.
• (A-a)PO2: Aumentado. Esto se debe a que tanto la PAO2 como la PaO2 disminuyen en proporción similar.

Tardía:

• PaO2: Severamente disminuida. La obstrucción progresiva de las vías aéreas reduce drásticamente la cantidad de oxígeno que llega a la sangre.
• PaCO2: Normal o aumentada. A medida que la obstrucción empeora, la ventilación alveolar disminuye y el CO2 se empieza a retener en la sangre.
• pH: Normal o disminuido (acidosis respiratoria). La retención de CO2 provoca un aumento en la concentración de ácido carbónico en la sangre, lo que disminuye el pH.
• (A-a)PO2: Aumentado. Esto se debe a que la disminución de la PaO2 es mayor que la disminución de la PAO2, lo que indica un empeoramiento en la eficiencia del intercambio gaseoso.

Edema Pulmonar: Causas y Etapas

El edema pulmonar es una acumulación anormal de líquido en los espacios extravasculares y en los tejidos del pulmón, constituyendo una complicación importante y potencialmente fatal de distintas enfermedades cardíacas y pulmonares. Solo se produce cuando la velocidad de filtración excede la velocidad de eliminación por parte de los capilares linfáticos.

Cuando aumenta la filtración a través del endotelio capilar pulmonar, el exceso de líquido aparece primero en el espacio intersticial pericapilar. No obstante, solo una pequeña cantidad de líquido permanece a nivel del tabique interalveolar debido a la facilidad con la que éste se desplaza al espacio peribroncovascular. En edema pulmonar se pueden acumular cantidades considerables de líquido en el espacio peribroncovascular cuando la filtración es mayor que la eliminación, pudiendo representar una ganancia de hasta 30%-35% de peso en el pulmón (200-300ml en un adulto promedio) y la acumulación de líquido se observa como “manguitos” al microscopio óptico.

Para que el alvéolo se llene de líquido, deben saturarse primero los espacios peribroncovascular y pericapilar; se cree que el líquido pasa a través de las uniones epiteliales por cambios en el mismo. El líquido se mueve hacia los alvéolos y produce un aumento de la tensión superficial, haciendo que éstos disminuyan su tamaño (colapso alveolar), pudiendo desarrollarse un shunt, lo que trae como consecuencia un impedimento en la ventilación e hipoxemia.

Etapas del Edema Pulmonar Cardiogénico

• Congestión vascular pulmonar: DLCO aumentada y Po2 arterial aumentada (ligeramente).
• Edema pulmonar intersticial: Volumen de cierre aumentado, Po2 arterial disminuida por desigualdad ventilación-perfusión.
• Inundación alveolar: Capacidad vital disminuida, distensibilidad disminuida, Po2 arterial disminuida por shunt de derecha a izquierda.

La presión capilar pulmonar aumenta:

1. Al aumentar la presión de llenado diastólico final en el ventrículo izquierdo: valvulopatía aórtica, miocardiopatía, cardiopatía hipertensiva o de las arterias coronarias.
2. Al aumentar la presión en la aurícula izquierda: valvulopatía mitral o mixoma auricular izquierdo.
3. Al aumentar la presión venosa pulmonar.

Como no está alterada la permeabilidad capilar, el líquido que escapa carece de proteínas y diluye las que se encuentran en el intersticio, por lo que disminuye la presión coloidosmótica intersticial y aumenta la presión osmótica transmural neta. Por cada 2mmHg de aumento en la presión hidrostática microvascular hay una reducción aproximada de 1mmHg de presión coloidosmótica intersticial (se anula 50% del aumento inicial de presión hidrostática).

EPOC: Enfisema y Bronquitis Crónica

La bronquitis crónica y el enfisema pulmonar son dos enfermedades distintas que, por lo general, se manifiestan en un mismo paciente, razón por la cual en conjunto constituyen la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). El enfisema se produce debido a una dilatación irreversible de los espacios alveolares, con destrucción de los tabiques interalveolares. Estas lesiones se extienden a las vías aéreas de conducción, aunque esencialmente es una enfermedad de las unidades respiratorias terminales. Se clasifica en centroacinar, cuando afecta al bronquiolo respiratorio y a los conductos alveolares, y panacinar cuando afecta a todo el acino.

La bronquitis crónica se produce por hiperplasia e hipertrofia de las glándulas productoras de moco en la vía aérea de conducción, asociada con una producción excesiva de moco, suficiente para producir tos con expectoración al menos 3 meses al año, durante más de 2 años consecutivos. Adicionalmente a los tapones de moco producidos, hay edema mucoso y submucoso, con infiltrado de células inflamatorias, fibrosis peribronquial e hiperplasia de músculo liso. La bronquitis crónica alude a un proceso caracterizado por la producción de esputo mucoso, y bronquitis crónica con obstrucción y expectoración mucopurulenta recurrente, dos extremos de un mismo espectro.

En resumen, en el EPOC hay un desequilibrio elastasa-antielastasa. Este desequilibrio se alcanza cuando:

1. Aumenta la actividad proteolítica:
   1. Aumenta la concentración local de enzima proteolítica.
   2. Elastasa no susceptible a antielastasa existente.
   3. Elastasa inaccesible a actividad de antielastasa.
2. Déficit del inhibidor de proteasas (antielastasa):
   1. Adquiridos: Síndrome nefrótico, enfermedad hepática.
   2. Población normal: Tiene dos genes M que codifican para la antielastasa, por lo tanto, sus valores séricos serán normales.
   3. Pacientes enfisematosos: Dos genes Z y S, que producen niveles séricos de antielastasa anormales.

Gases Sanguíneos en Enfisema

PCO2 y pH: Normales, ya que no hay problemas con la difusión del CO2. En el enfisema no se altera el proceso de difusión.

(A-a)PO2: Aumentada. En condiciones normales, la PAO2 disminuye notoriamente en los alvéolos sanos, ya que estos se encuentran hipoventilados e hiperperfundidos (disminución de la relación V/Q). Sin embargo, la PAO2 está aumentada en las bullas enfisematosas por el efecto contrario, y cuando se mide la presión parcial de oxígeno del gas alveolar en la boca, esta se encuentra disminuida pero no tanto. En cambio, la PaO2 está francamente disminuida ya que allí los alvéolos hiperperfundidos tienen un mayor peso, por ende, la diferencia entre ambos elementos se va a encontrar aumentada (dependiendo de qué tan comprometido esté el pulmón, la presión parcial de O2 en el aire espirado puede incluso estar aumentada en vez de disminuida). Si se administra oxígeno puro, desaparece esta diferencia.

• Shunt D-I: Ausente, ya que los capilares colapsados se abrieron, por lo tanto, todos los capilares pulmonares están participando en la difusión.
• Ventilación desperdiciada: Aumentada, ya que hay un aumento del espacio muerto alveolar por ruptura de los capilares pulmonares.

Enfisema Pulmonar: Mecánica y Volúmenes

La destrucción del parénquima pulmonar, particularmente los tabiques interalveolares, produce pérdida de fibras de elastina y, por tanto, disminuye la fuerza de retroceso elástico pulmonar (FREP), lo cual se acompaña de una compresión de las vías aéreas que se cierran por pérdida de la FREP. Desde el punto de vista de los volúmenes pulmonares, ocurre lo siguiente:

1. Aumenta el volumen de cierre por cierre prematuro de las vías.
2. Aumenta la capacidad pulmonar total debido a que la fuerza de los músculos inspiratorios predomina por encima del retroceso elástico pulmonar. En consecuencia, el tórax se expande y, con ello, los pulmones pasan a tener una hiperinsuflación.
3. Aumenta la CRF, ya que predomina la fuerza de expansión elástica del tórax. Recordemos que el VR y, por lo tanto, la CRF depende del equilibrio entre las fuerzas elásticas del sistema toracopulmonar y de la compresión de la vía aérea. En condiciones normales, representa un 60% de la CPT y, en condiciones de enfisema, será el 80%.
4. Capacidad vital disminuida, ya que el aumento del VR se hace a expensas de la capacidad vital. No obstante, puede incluso llegar a estar normal, ya que el aumento de la CPT podría compensarlo.
5. Volumen residual aumentado por compresión prematura de la vía aérea.

En un pulmón enfisematoso, se dice que la distensibilidad está aumentada, ya que a pequeñas presiones hay grandes cambios de volumen dentro del pulmón.

Mecánica de la Ventilación en Enfisema

• VEF1/CVF muy disminuido, por aumento de la resistencia dentro de la vía aérea y por disminución de la presión alveolar. Es decir, patrón obstructivo.
• FEM/V muy disminuido.
• Aumento de la colapsibilidad de vías aéreas, ya que al caer la FREP, hay menor distensibilidad de la vía aérea y, a su vez, cae la presión alveolar, lo cual facilita la compresión prematura de la vía aérea.

Intercambio Gaseoso en Enfisema

• DLCO: Disminuido, ya que hay una disminución de la superficie de intercambio gaseoso.
• Distribución de la ventilación: Anormal. Los alvéolos expandidos se encuentran hiperventilados, ya que pueden captar más aire.
• PaO2: Disminuida (60-70 mmHg). Esto se debe a que, al haber pérdida de los capilares en los espacios alveolares afectados, la circulación pulmonar deriva hacia los capilares colapsados de los alvéolos sanos, por lo tanto, en los alvéolos sanos va a haber hiperperfusión y, por otra parte, van a estar menos ventilados, ya que los alvéolos dilatados están recibiendo la mayor parte de la ventilación (distribución no uniforme de la ventilación). Por lo tanto, en los alvéolos sanos hay una disminución de la relación V/Q (0,9). Esta condición hace que la PAO2 en estos alvéolos disminuya. Finalmente, cuando la sangre se equilibra con los gases alveolares, también disminuye la PaO2 a 60-70. Al final, se mezcla la sangre proveniente de los alvéolos afectados con la de los alvéolos sanos, y predomina la que proviene de los alvéolos sanos, que tiene una PaO2 menor. Por lo tanto, en sangre periférica se detectará hipoxemia. Sin embargo, podría ser mucho peor, lo que pasa es que la sangre que viene de los alvéolos afectados tiene una PaO2 mayor (120 mmHg aproximadamente) y, al equilibrarse, produce el resultado final de 60-70.

Bronquitis Crónica: Volúmenes y Mecánica

• Volumen Residual (VR) aumentado: El VR es la cantidad de aire que queda en los pulmones después de una espiración máxima. En la bronquitis crónica, el aire atrapado eleva el VR, ya que los pulmones no pueden vaciarse por completo.
• Capacidad Residual Funcional (CRF) normal: La CRF es la suma del VR y el Volumen de Reserva Espiratorio (VRE), que es la cantidad de aire que se puede exhalar después de una espiración normal. Aunque el VR está aumentado, el VRE puede estar disminuido debido al atrapamiento de aire. Esto compensa el aumento del VR, resultando en una CRF normal.
• Capacidad Pulmonar Total (CPT) normal: La CPT es la suma de todos los volúmenes pulmonares (VR, VRE, Volumen Corriente y Capacidad Inspiratoria). A pesar de las alteraciones en VR y VRE, la CPT puede mantenerse normal en la bronquitis crónica. Esto se debe a que los otros componentes de la CPT (Volumen Corriente y Capacidad Inspiratoria) no se ven tan afectados en esta enfermedad.

Mecánica de la Ventilación en Bronquitis Crónica

El retroceso elástico es normal. En el caso de la bronquitis crónica, lo que ocurre es que hay un engrosamiento de las paredes de la vía aérea, tanto central como periférica, y hay acumulación de moco en la luz de estas vías. Por lo tanto, disminuye el área sección transversal, aumenta la resistencia de la vía aérea y se produce un patrón obstructivo. A pesar de esto, los volúmenes pulmonares tienden a estar normales, a excepción de VR, que está aumentado.

• VEF1/CVF: Normal o discretamente disminuida. Esto debido a que, si bien hay un aumento de la resistencia en la vía aérea, la presión alveolar está normal, por lo tanto, VEF1 no cae de manera tan significativa como para estar por debajo del 70% de la CVF.

Intercambio Gaseoso en Bronquitis Crónica

• PO2: Muy disminuida. La inflamación crónica y el estrechamiento de los bronquios (causados por el aumento de la producción de moco y el engrosamiento de la pared bronquial) dificultan el flujo de aire hacia los alvéolos, donde se produce el intercambio de gases. Esto reduce la cantidad de oxígeno que llega a la sangre.
• PCO2: Aumentada. Tanto esto como la caída de la PaO2 es un reflejo de la disminución de la relación V/Q en los alvéolos afectados. Aquí los alvéolos sí están directamente obstruidos y, por lo tanto, hay atrapamiento de CO2 dentro de estos, por lo tanto, la PCO2 aumenta.
• DLCO (capacidad de difusión de monóxido de carbono): Normal, ya que no hay afectación de la barrera hematoalveolar.
• Áreas pulmonares con un V/Q

Tromboembolismo Pulmonar (TEP): Fisiopatología

El tromboembolismo pulmonar (TEP) no es una enfermedad primaria, sino la consecuencia de la trombosis venosa a distancia de los pulmones. La persona hace taquipnea e hipopnea. No es por los cambios en los gases sanguíneos, sino que es por la activación de reflejos. La obstrucción embólica da como resultado zonas del pulmón ventiladas, pero no perfundidas.

Las manifestaciones se producen a través de dos mecanismos principales: en primer lugar, al haber una menor perfusión, hay menor síntesis de surfactante. En consecuencia, aumenta la tensión superficial dentro de los alvéolos y estos colapsan, dando como resultado una atelectasia, y las atelectasias llevan al establecimiento de shunts D-I. Como hay colapso alveolar, entonces hay un aumento del espacio muerto alveolar. Esto, sumado a que el paciente está respirando en forma taquipneica, aumenta la ventilación de este espacio y por lo tanto hay ventilación desperdiciada. Por otra parte, la atelectasia implica la aparición de shunts D-I.

Gases Sanguíneos en TEP

• PaO2 disminuida ya que hay ventilación desperdiciada y shunts D-I. Genera hipoxemia.
• PaCO2 disminuida ya que el paciente hiperventila como consecuencia de mecanismos reflejos poco estudiados. Hipocapnia.
• pH aumentado: la disminución de la PaCO2 (por la hiperventilación) desplaza el equilibrio ácido-base hacia la alcalosis.
• Oxigenación tisular disminuida por la hipoxemia y la alteración en la entrega de oxígeno.
• (A-a) PO2 aumentada, ya que disminuye enormemente la PaO2 como consecuencia del aumento del espacio muerto alveolar y de la ventilación desperdiciada, por lo tanto, habrá una mayor brecha entre el aire dentro de los alvéolos y el que se encuentra en la sangre. No se resolvería con la administración de oxígeno puro, ya que hay shunts D-I.