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MARCO TEÓRICO Una persona en reposo respira alrededor de 6 litros de aire por minuto. El ejercicio intenso puede incrementar esta cantidad hasta cerca de 75 litros por minuto. Durante un período de trabajo de 8 horas, con actividad moderada, la cantidad de aire respirado puede estar alrededor de los 8.5 m3 (300 pies cúbicos). Habitualmente se piensa que la piel, con su área de superficie de 1.9 m2 (20 pies cuadrados), presenta la mayor exposición al aire que cualquier otra parte del cuerpo. Sin embargo, son en realidad los pulmones quienes tienen la máxima exposición, con un área de superficie expuesta al aire de 28 m2 (300 pies cuadrados) durante la fase de reposo, y de hasta 93 m2 (1,000 pies cuadrados) durante una respiración profunda. (1)

Mecanismo de la respiración El aire que contiene el oxígeno entra al cuerpo a través de la nariz y la boca. De ahí, atraviesa la faringe o garganta en su camino hacia la tráquea. La tráquea se divide en dos vías aéreas principales llamadas bronquios, los cuales llegan a los pulmones; uno al pulmón derecho y otro al pulmón izquierdo. Los bronquios se subdividen o se ramifican en varias ocasiones formando bronquios más pequeños, quienes a su vez se vuelven a ramificar en varias ocasiones formando bronquiolos. Estos bronquios y bronquiolos se denominan el árbol bronquial debido a que las subdivisiones o ramificaciones que sufren se parecen a las ramificaciones de un árbol, sólo que en una posición inversa. Después de alrededor de 23 divisiones, los bronquiolos terminan en los conductos alveolares. Al final de cada conducto alveolar, se encuentran cúmulos de alvéolos (sacos alveolares). El oxígeno transportado a través del sistema respiratorio es finalmente transportado al torrente sanguíneo a nivel de los alvéolos. (1, 2) La tráquea, los bronquios principales y aproximadamente la primera docena de divisiones de los bronquios más pequeños tienen ya sea anillos o placas de cartílago en sus paredes que les evitan colapsarse o que bloqueen el flujo de aire. El resto de los bronquiolos y los alvéolos no tienen cartílagos y son muy elásticos. Esto permite que respondan a cambios en la presión conforme los pulmones se expanden y se contraen. Los vasos sanguíneos del sistema de la arteria pulmonar acompañan a los bronquios y a los bronquiolos. Estos vasos sanguíneos también se ramifican en unidades cada vez más pequeñas hasta terminar en capilares, los cuales se encuentran en contacto directo con los alvéolos. El intercambio gaseoso sucede a través de esta membrana alveolarcapilar cuando el oxígeno se desplaza hacia adentro y el dióxido se desplaza hacia fuera del torrente sanguíneo. (2,3)

Vías de conducción de aire Las vías aéreas conductoras, conocidas también como espacio muerto respiratorio, ocupan unos 0,2 litros. Acondicionan el aire inhalado y lo distribuyen, mediante flujo convectivo, a los aproximadamente 65.000 acinos respiratorios originados de los bronquiolos terminales. A medida que aumenta el volumen corriente, el flujo convectivo domina el intercambio de gases a nivel más profundo en los bronquiolos respiratorios. En cualquier caso, dentro del acino respiratorio, la distancia desde el frente corriente convectivo hasta las superficies alveolares es lo suficientemente corta como para que tenga lugar un intercambio eficaz de CO2-O2 por difusión molecular. Por el contrario, las partículas transmitidas por el aire con coeficientes de difusión inferiores en órdenes de magnitud a los de los gases, tienden a permanecer suspendidas en el aire corriente, y pueden exhalarse sin que se depositen. No obstante, una fracción importante de las partículas inhaladas se deposita en el aparato respiratorio. (3)

El aire pulmonar residual prácticamente libre de partículas, que representa alrededor del 15 % del flujo corriente espiratorio, tiende a actuar como una cubierta de aire limpio alrededor del núcleo axial de aire corriente que se mueve en sentido distal, de forma que el depósito de partículas en el acino respiratorio se concentra en las superficies interiores, como las bifurcaciones de las vías aéreas, mientras que las paredes aéreas de los segmentos situados entre ramificaciones muestran un depósito escaso. El número de partículas depositadas y su distribución a lo largo de las superficies del tracto respiratorio son, junto con las propiedades tóxicas de los materiales depositados, los determinantes fundamentales del potencial patogénico. Las partículas depositadas pueden lesionar las células epiteliales y/o fagocíticas móviles ubicadas en el sitio de depósito o próximas a él, o pueden estimular la secreción de líquidos y mediadores de origen celular que poseen efectos secundarios sobre el sistema. Los materiales solubles depositados como partículas, sobre ellas o en su interior, pueden difundir al interior de los líquidos y células de la superficie y a su través, y ser transportados rápidamente por la circulación sanguínea a todo el organismo. (2,4)

Fig 1. Morfometría, citología, histología, función y estructura del aparato respiratorio. Tomado de Davis A, Wagner GR. Aparato respiratorio. (4)

Espirometría La espirometría es una prueba fisiológica que mide como un sujeto inhala o exhala volúmenes de aire en función del tiempo La variable principal medida directamente en la espirometría puede ser el volumen o el flujo. La espirometría es una prueba de valor inestimable para el cribado de la salud respiratoria es en general, de la misma manera que la tensión arterial proporciona una importante información sobre la salud cardiovascular general. (3, 5) Esta prueba de la función pulmonar está basada en la medición de los volúmenes y flujos respiratorios del paciente, esto es, la capacidad para acumular aire en los pulmones y la capacidad para moverlo. (6) Existen dos tipos de espirometría:

1. Espirometría simple El paciente realiza una espiración máxima no forzada tras una inspiración máxima. Su realización determina los siguientes volúmenes:

Fig 2. Curva Volumen-Tiempo en una espirometría simple. 

corriente (VT, VC; ingl. Tidall Volume, TV) Cantidad de aire que se moviliza en una inspiración o espiración normal. Suele ser de unos 6 – 7 ml / kg de peso, es decir, de unos 500 ml en un individuo normal de 70 kgs, que tomaremos como referencia. (7)

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Capacidad vital, también llamada capacidad vital lenta (CV, CVL; ingl. Vital Capacity, VC, o Slow Vital Capacity, SVC) Cantidad de aire que se moviliza en una inspiración o espiración máximas no forzadas. Suele ser de unos 3 – 5 litros. (8)

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Volumen de reserva inspiratoria (VRI; ingl. Inspiratory Reserve Volume, IRV) Diferencia entre el máximo volumen que puede inspirarse en una respiración normal (volumen corriente) y en una respiración máxima. Suele ser aproximadamente de 1 litro. (5, 7)

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Volumen de reserva espiratoria (VRE; ingl. Espiratory Reserve Volume, ERV) Diferencia entre el máximo volumen que puede espirarse en una respiración normal (volumen corriente) y en una respiración máxima. Suele ser también aproximadamente de 1 litro. (5)

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Capacidad inspiratoria (CI; ing. Inspiratory Capacity, IC) Cantidad de aire que puede inspirarse después de una espiración normal. Incluye por tanto el volumen corriente y el volumen de reserva inspiratoria, por lo que su valor se encontrará alrededor de 1.5 litros. (7)

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Volumen residual (VR; ingl. Residual Volume, RV) Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una espiración máxima, que por tanto no puede exhalarse nunca. No es accesible su cálculo mediante espirometría, sino que precisa de una pletismografia corporal o técnica de dilución de gases inertes, generalmente helio (estudios sólo disponibles en un laboratorio de Neumología). Su valor ronda entre 1 y 2.5 litros. (7,8)

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Capacidad residual funcional (CRF; ingl. Functional Residual Capacity, FRC) Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una espiración normal, y que incluye el volumen residual y el volumen de reserva espiratoria. Por tanto, su valor ronda los 2 – 3.5 litros. La espiración normal se realiza de manera pasiva por parte de la caja torácica, por medio de las fuerzas elásticas del pulmón, que recuperan su volumen inicial sin intervención de los músculos intercostales, de forma que la CRF es el resultado del equilibrio entre esas fuerzas elásticas, que tienden a disminuir el volumen del sistema, y las derivadas de la mecánica de la caja torácica, que tienden a aumentar el volumen. (8)

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Capacidad pulmonar total (CPT; ingl. Total Lung Capacity, TLC) Cantidad total de aire que pueden llegar a contener los pulmones, y que se obtiene mediante la suma de todos los volúmenes anteriores (CV + VR, o también VC + VRI + VRE + VR). Al incluir el volumen residual, no se puede calcular mediante espirometría. Su valor es aproximadamente de 4 a 6L. (3)

2. Espirometría forzada El paciente realiza una espiración máxima forzada (en el menor tiempo posible) tras una inspiración máxima. Es la técnica más útil y más habitualmente empleada, ya que además del cálculo de volúmenes estáticos, nos aporta información sobre su relación con el tiempo, esto es, los flujos respiratorios. La mecánica de la espiración forzada es muy distinta de la simple, ya que ésta es un proceso mucho más pasivo y dependiente de las fuerzas elásticas del pulmón, mientras que aquélla es eminentemente activa, y dependiente de la fuerza producida por la pared torácica. (6) Tras la inspiración forzada (producida activamente por el diafragma y los músculos intercostales inspiratorios), se produce un equilibrio entre la presión alveolar (Palv), negativa, que arrastra aire hacia el interior del pulmón, y la presión de retroceso elástico de la pared (Pst), producida por la elasticidad del tejido pulmonar y su tendencia a recuperar la forma. Durante la espiración forzada (que es un proceso activo), los músculos

abdominales e intercostales espiratorios comprimen el tórax, y éste a los alveolos, dando lugar a una presión alveolar positiva que empuja aire hacia fuera. (3,6) Fig 3. Curvas Flujo-Volumen, Volumen-Tiempo en una espirometría forzada normal.

Esa cantidad de aire exhalada, y la velocidad a la que se mueve, determina los siguientes valores espirométricos: 

Capacidad vital forzada (CVF, o ingl. Forced Vital Capacity, FVC) Cantidad de aire que se moviliza en una inspiración o espiración máximas forzadas. Se expresa en mililitros (es un volumen), o como un tanto por ciento frente a una tabla de cifras teóricas para los datos antropométricos del paciente (en relación a su edad, altura, sexo y raza: en España se utilizan desde 1985 las tablas SEPAR, tomadas de Roca et al). Su valor normal es de unos 3 – 5L, y debe ser mayor del 80 % del valor teórico. (3)

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Volumen espiratorio máximo en el primer segundo (VEMS, ingl. Forced Espiratory Volume1, FEV1) Cantidad de aire que se moviliza en el primer segundo de una espiración forzada. Es un flujo, no un volumen (mL/1s), de modo que puede expresarse como ml/s o como un tanto por ciento frente a sus cifras teóricas. Su valor normal es mayor del 80 %. (8)

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Cociente FEV1 / FVC (FEV1 / FVC % o FEV1%) Aporta información sobre qué cantidad del aire total espirado lo hace en el primer segundo. Es una tasa, por lo que suele representarse en tanto por ciento (no frente a valores teóricos, sino respecto a sí misma: tanto por ciento de la FVC que se espira en el primer segundo). Su valor normal es mayor del 70 %. (7)

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Flujo espiratorio máximo (FEM; ingl. Peak Espiratory Flow, PEF) Cantidad máxima de aire que puede exhalarse por segundo en una espiración forzada. Es el pico máximo de flujo que se obtiene (curva flujo–volumen), y se produce antes de haber expulsado el 15 % de la FVC. Es un marcador especialmente útil en el diagnóstico de asma y en las crisis asmáticas, donde se emplea ya como valor objetivo predictor de gravedad (existen aparatos específicos de bolsillo que sólo miden este dato, pudiendo emplearlos para diagnóstico de la crisis y seguimiento de fondo del asma). Se mide en L/s, o como porcentaje del valor de referencia (bien respecto de tablas teóricas para los datos del paciente o, mejor aún, respecto a sus propios datos basales previamente calculados). (7,8)

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Flujo espiratorio máximo entre el 25 y el 75 % de la FVC o flujo mesoespiratorio (Forced Espiratory Flow 25–75%, FEF25–75%) Aporta información sobre qué cantidad del aire total espirado lo hace entre el 25 y el 75% del tiempo de espiración. Es un flujo, y puede expresarse como ml/s o como un tanto por ciento frente a sus cifras teóricas. Su valor normal es mayor del 60%. Dado que para su cálculo elimina la parte inicial y final de la curva flujo–volumen (que son más esfuerzo–dependientes, y por tanto menos objetivas), se considera un marcador precoz de daño de las pequeñas vías aéreas, de forma que puede verse alterado mucho antes que los otros datos espirométricos (aunque presenta una marcada variabilidad entre unos pacientes y otros, e incluso dentro del mismo paciente, por lo que sólo es útil de forma orientativa, y no para establecer diagnósticos). (3,7)

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Flujo espiratorio máximo en el 50 % (FEF 50%) Medición del flujo forzado en el 50 % de la FVC. Tiene escasa significación clínica, salvo para el estudio de la obstrucción de la vía aérea superior, como veremos más adelante. (3)

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Flujo espiratorio máximo en el 25 % (FEF25%) y en el 75 % (FEF75%) Medición del flujo forzado en el 25 y 75 % de la FVC, respectivamente. Al igual que el anterior, tampoco aportan excesiva información ni tienen repercusión clínica. (7)

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Capacidad vital forzada en 6 segundos (CVF6; ingl. Forced Vital Capacity6, FVC6) Cantidad de aire que se moviliza en los primeros 6 segundos de una espiración máxima forzada. En estudios recientes se ha visto que sirve como un buen sustituto de la FVC, exigiendo menos esfuerzo espiratorio del paciente y permitiendo una buena aproximación al cálculo real que se realiza con una espirometría más prolongada. También se expresaría en mililitros, o como un tanto por ciento frente a una tabla de cifras teóricas. (7)

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Cociente FEV1 / FVC6 De igual modo que ocurre con el anterior, se ha visto que este dato sirve como una buena aproximación al cociente FEV1 / FVC, permitiendo valorar adecuadamente patrones obstructivos, y exigiendo a la vez un menor esfuerzo por parte del paciente. Se han diseñado aparatos de bolsillo (conocidos como COPD6) que pueden servir como screening previo en pacientes con sospecha de EPOC. En la tabla 1 resumimos los principales estudios de validación de esta versión de “espirometría en 6 segundos” y los puntos de corte utilizados, con la sensibilidad, especificidad y valores predictivos que se obtienen en función de ellos. - Volumen espiratorio máximo en 0.5 segundos (VEMS0.5, o en inglés Forced Espiratory Volume 0.5, FEV0.5): Cantidad de aire que se moviliza en los primeros 0.5 segundos de una espiración forzada. Sustituye al FEV1 en las espirometrías pediátricas. (8)

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Volumen extrapolado (VE; ingl. Extrapolated Volume, EV) Cantidad de aire exhalado antes de que el sujeto comience a realizar un verdadero esfuerzo espiratorio máximo. Se debe a inicios titubeantes de la maniobra, y si es mayor de un 5 % o de 150 ml de la FVC, invalida toda la prueba, ya que falsea los resultados del FEV1. La imagen típica que produce ese volumen extrapolado excesivamente grande es la de curvas “en S”. (8)

Fig 4. Curva Flujo-Volumen extrapolada.

Fig 5. Curva Volumen-Tiempo extrapolada 

Tiempo de espiración forzada (TEF; ingl. Forced Espiratory Time, FET) Duración del esfuerzo espiratorio, que debe ser al menos de 6 segundos (3s en niños) para que la maniobra se considere válida. Muchos espirómetros lo indican junto al resto de valores de la prueba, pero depende del modelo de aparato. (7)

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Tiempo del pico espiratorio (TPE; ingl. Peak Espiratory Time, PET) Lapso transcurrido en la maniobra hasta la aparición del pico máximo (FEM), que debe situarse en el primer 15 % del trazado, es decir, el primer 15 % de la FVC (curva flujo– volumen), siendo por tanto menor de 90–120 milisegundos. El tiempo del pico espiratorio puede estar aumentado en patologías obstructivas (que prolongan la espiración), en casos de simulación o si aparece un volumen extrapolado excesivo. (7)

Enfermedades respiratorias La espirometría forzada es una técnica que permite establecer o descartar la presencia de una alteración ventilatoria significativa y tipificarla. Permite distinguir entre las alteraciones de la capacidad ventilatoria que cursan con disminución del flujo espiratorio máximo, alteraciones ventilatorias de tipo obstructivo, y las que cursan con reducción del volumen pulmonar, alteraciones ventilatorias de tipo no obstructivo o restrictivo. La espirometría forzada es una prueba básica que debe estar al alcance del médico general para la valoración correcta del paciente

con clínica de disnea. Es fundamental su papel en la orientación diagnóstica, permite establecer el grado de disfunción y es útil para monitorizar la evolución del paciente. (7,8) Alteraciones obstructivas Una alteración ventilatoria obstructiva es una reducción desproporcionada del flujo de aire máximo del pulmón en relación al volumen máximo que puede ser expulsado del pulmón. Implica el estrechamiento de las vías aéreas durante la espiración y se define por una reducción del índice FEV1/FVC por debajo del percentil 5 del valor de referencia. Esta reducción del flujo espiratorio se ve reflejado de manera más obvia en una forma cóncava de la curva de flujo-volumen. (8) Cuantitativamente, se ve reflejado en una reducción proporcionalmente mayor del flujo instantáneo medido tras la espiración del 75% de la FVC (FEF 75%) o en el flujo espiratorio medio entre el 25% y el 75% de la FVC, que del FEV1. A medida que la alteración de las vías aéreas va avanzando y/o va afectando a más vías aéreas centrales, los segmentos del espirograma dependientes del tiempo como el FEV1, en general, se verán reducidos de manera no proporcional a la reducción de la FVC. (7,8) Debe prestarse atención especial cuando el FEV1 y la FVC están disminuidos de manera concomitante y el índice FEV1/FVC es normal o casi normal. Este patrón frecuentemente refleja la dificultad del paciente para inhalar o exhalar completamente. Cuando se observa este patrón en un paciente que realiza un esfuerzo máximo y sostenido, puede ser útil repetir la espirometría después del tratamiento con un broncodilatador inhalado. Una mejora significativa en el FEV1, la FVC o ambos sugiere la presencia de una obstrucción reversible de la vía aérea. (8) Alteraciones no obstructivas (restrictivas) Una alteración ventilatoria restrictiva se caracteriza por una reducción de la TLC por debajo del percentil 5 del valor de referencia, y un índice FEV1/FVC normal. La presencia de una alteración ventilatoria restrictiva puede sospecharse cuando la FVC está reducida, el FEV1/FVC está incrementado (> 85-90%) y la curva flujo-volumen muestra un patrón convexo. Para confirmar fehacientemente una alteración restrictiva deberíamos medir los volúmenes pulmonares (FRC, TLC y RV) usando las técnicas de dilución de gases inertes o la pletismografía. (8) Alteraciones mixtas Una alteración ventilatoria mixta se caracteriza por la coexistencia de obstrucción y restricción y se define fisiológicamente cuando tanto el FEV1/FVC como la TLC están por debajo del percentil 5 de sus valores de referencia relevantes. Como la FVC puede estar igualmente reducida tanto en la obstrucción como la restricción, la presencia de un componente restrictivo en un paciente con obstrucción no puede inferirse a partir de simples mediciones del FEV1/FVC. Para confirmar fehacientemente una alteración mixta deberíamos medir los volúmenes pulmonares (FRC, TLC y RV) usando las técnicas de dilución de gases inertes o la pletismografía. (3,8)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Ira S. Fisiología Humana. Fisiología Humana. 13a ed. México, D.F: McGraw Hill Interamericana editores; ©2014. 2. Raff H, Levitzky M. Fisiología Médica: Un enfoque por aparatos y sistemas. 1a ed. México, D.F: McGraw Hill Interamericana editores; ©2013. 3. Beeckman-Wagner, L. and Lioce-Mata, M. Guía de NIOSH sobre entrenamiento en espirometría (2004-154). [online]. CDC - Publicaciones de NIOSH; 2019. Available at: https://www.cdc.gov/spanish/niosh/docs/2004-154c_sp/default.html [Accessed 24 Mar. 2019]. 4. Davis A, Wagner GR. Aparato respiratorio. En: OIT. Enciclopedia De salud y seguridad en el trabajo. 3ª ed. Madrid: Ministerio de trabajo y asuntos sociales; 1998. Vol I: S10.2-S10.8. 5. Michael J, Sircar S. Fisiología Humana. 1a ed. México, D.F: Editorial El manual moderno; ©2012. 6. Kasper DL, Fauci AS, Hauser SL, Longo DL, Jameson JL, Loscalzo J. Harrison: Manual de Medicina. 19ª ed. Ed. McGraw–Hill. Madrid, 2017. 7. Burgos F. Guía práctica de la espirometría. Ed. ESMONpharma. Barcelona, 2008. 8. Romero de Ávila G, Gonzálvez J, Rodríguez C, Timiraos R, Molina MA, Galego MI. Las 4 reglas de la espirometría. Cad Aten Primaria. 2013; 20(7), 7-50.