originales
Departamento de Enfermedades
Pulmonares de Ja Clínica de Medicina
Interna de la Universidad de
Groningen (Prof Dr. H.J. Sluiter) y
Sanatorio Beatrixoord de Haren.
Groningen (Prof Dr. J.K. Kraan).
Holanda.
MEDIDA DEL FA.CTOR DE TRANSFERENCIA
(CAPACIDAD DE DIFUSION PULMONAR)* CON
MONOXIDO DE CARBONO SEGUN LA TECNICA
DE LA RESPIRACION UNICA (SINGLE BREATH)
R. Peset y F. Gimeno
lntroducción
La idea de la existencia o no de un
mecanismo de secreción activa en los
pulmones, que facilitara la difusión
de gases entre el alveolo y el capilar
pulmonar, dividió en dos grupos a los
fisiólogos pulmonares de la última
década del siglo XIX y primeros del
actual. Bohr y Haldane aceptaron la
posible existencia de dicha secreción,
Krogh y Barcroft, por el contrario defendieron
que el intercambio gaseoso
pulmonar dependía de un mero proceso
de difusión. Esta controversia llevó
a Bohr a desarrollar un método
para calcular el factor de transferen-
• El nombre de capacidad de difusión pulmonar
respondía a la idea de que la difusión del
gas del alvéolo al capilar dependía exclusivamente
de la membrana alveolo-capilar. En la actualidad
se sabe que este proceso depende también
de la velocidad de reacción del gas con la
hemoglobina. Respondiendo al concepto de un
proceso más complejo que el de simple difusión.
Cotes' ha propuesto la denominación de factor
de transferencia en lu~ar de capacidad de difusión.
6
cia pulmonar basándose en la primera
ley de difusión gaseosa de Fick: La
cantidad de gas que por unidad de
tiempo (V') es transferida por difusión,
es directamente proporcional al
gradiente de presión entre el alveolo
y el capilar (P A -Fe), al área de superficie
disponible para el intercambio
(q) y a una constante específica para
cada gas (D'); e inversamente proporcional
al grosor de la membrana (d).
V._-- D' qP-Ad-P-c
El término -D~ q es conocido bajo
distintos nomres: constante de difusión,
factor de difus ión y capacidad
de difusión (Bartels y col. 2
). Representándolo
como Dlx la ecuación ( 1) puede
escribirse:
DI =- D'q =~
x O- PA -Pcx
X
en donde x se refiere al gas empleado:
oxígeno o monóxido de carbono.
Bohr fue el primero en sugerir el empleo
del monóxido de carbono para
medir la capacidad de difusión pulmonar
por su gran afinidad de combinación
con la hemoglobina, unas 200
a 300 veces mayor que la 'del oxígeno
(Roughton) 3•
Se han descrito cuatro técnicas para
medir la capacidad de difusión
pulmonar o factor de transferencia
(Billiet•, Comroe '):
1. Técnica de estado estable (steady
state)
2. Técnica de la respiración única
(single breath)
3. Técnica de Ja respiración repetida
(rebreathing) y
4. Captación fracciona!.
En este artículo describiremos solamente
la de la respiración única.
Consideraciones teóricas
Según August y Marie Krogh•, que desarro·
llaron Ja técnica de Ja respiración única. Ja
capacidad de difusión podía ser calculada me·
[22)
-~.J FACO(t=O)
Dlco- (P -47)t n F (t = t)
B A. CO
(3)
en donde (V ;1) el volumen alveolar total (volumen
residual más volumen del gas inspirado)
expresado en mi BTPS*, (Pa·47) es la presión
barométrica menos la presión del vapor de
agua a 37ºC en mm de Hg. In es el logaritmo
natural del cociente entre FA. 0 (t = O), la concentración
inicial del monóx1do de carbono en
el gas alveolar y FA co (t = t), la concentración
final después del t1émpo de apnea (t), expresado
en segundos. La ecuación (3) puede ser derivada
de la ecuación ( 1 ). Teniendo en cuenta
que V', en este caso V' co• es el volumen del
gas que difunde por unidad de tiempo ( ~~ ),
la ecuación diferencial:
dQ -Dq dt =---a-· p A.CO-Pc.CO = -Dlcop A.CO (4)
es semejante a la ecuación ( 1 ), si se considera
que la presión parcial del monóxido de carbono
en el capilar pulmonar es tan pequeña que
puede despreciarse.
Puesto que el volumen del gas que difunde
(dQ) es igual al volumen del compartimiento
(V A) multiplicado por el cambio de concentración
(FA 0 ) y que la presión (P co) es igual
a Ja conceh~ración (F A...CO) mtútipí\:cado por la
presión barométrica \1:'
8 -47), la ecuación (4)
toma la forma:
(5)
Dado que el volumen alveolar(V A) y (Pn-47)
se mantienen constantes durante la prueba, la
ecuación (5) puede escribirse de la siguiente
forma:
cuya integración da la ecuación (3 ).
Integración de la ecuación (6):
J dF -J (P0-47) _
~ - V (-DJCOFA.CO)A
In F A.Co + K, =
-DI (P -47)
= coV'. " t + K2 y si K, - K2 = K
'A A
(6)
cuando t =O, In FA. 00 (t =O)= -K, de donde
K =-In F A.CO (! = 0)
In F A.co
_ -Dlc0 (P8-47)
- V A t
* Tcmpcr,:nura del cuerpo, 760 mm Hg de
presión saturado de vapor de agua.
(25]
R. PESET Y COL. - MEDIDA DEL FACTOR DE TRANSFERENCIA (CAPACIDAD
DE DIFUSION PULMONAR)* CON MONOXIDO DE CARBONO SEGUN LA TECNICA
DE LA RESPIRACION UNICA (SINGLE BREATH)
In F A.C0 (t = 0)-ln F 6.c0 (t = t) =
= -Oleo (P 0-47) t
VA
1 - VA
D co- (P -47)t n
(ln F A.co(l = 0)-Jn FA.co (t = t))
1 V FA CO (t=O)
D co=(Pe-47)tln FA,co
Los Krogh suponían dos hechos. Uno que
la muestra gaseosa espirada tras la inspiración
máxima era representativa del gas alveolar.
Otro el considerar que la tensión de monóxido
de carbono de la sangre capilar pulmonar
era nula, o por lo menos tan pequeña, que
podía ser despreciada. Dada la velocidad con
que el monóxido de carbono difunde a través
de la membrana alveolo capilar, es imposible
tomar una muestra alveolar para medir la concentración
inicial de CO ya que por muy rápido
que se haga una cierta cantidad de dicho
gas ha pasado ya a la sangre del capilar pulmonar.
Dicha muestra infravalora pues la
concentración alveolar inicial de monóxido de
carbono. Para corregir dicha dificultad Foster y
col.7 añadieron helio al gas inspirado. La concentración
de un gas inerte, en este caso helio,
no varia prácticamente durante la apnea por
ello la dilución experimentada por el helio
en la muestra espirada es pues una medida de
la dilución ónicial del monóxido de carbono.
Así, partiendo de la relación existente entre
las concentraciones iniciales y finales de helio
y de monóxido de carbono, es posible calcular
la concentración inicial del segundo gas:
F F
~=~ (8)
F,H• F1co
que puede substituirse en la ecuación (3), la
cual cambia a:
V ·In FA He F 1 co
(PB-47)t Fl.HSFA.CO
(9)
La segunda suposición de los Korgh es
igualmente errónea. La tensión de monóxido
de carbono de la sangre capilar llamada
tensión oponente (back tension) se opone a la
reacción del gas con la hemoglobina, desempeñando
un papel muy importante en la difusión
a lveolocapilar. Cuando no existe exposición al
monóxido de carbono*, la tensión oponente
es lo suficientemente pequeiia como para
ser ignorada. Si se desea obtener una mayor
exactitud o si el paciente ha estado expuesto a
cantidades importantes de monóxido de carbono
(fumadores, agentes de tráfico, personas
trabajando en Ja vecindad de motores de explosión,
etc.) es necesario la introducción de una
corrección de acuerdo con la si¡miente fórmula
(Meade•):
Dlco=
_ V 6 1
FA co (t = 0)- tensión oponente
- (P 8-47)1 n F A.co (t - t)- tensión oponente
(10)
* Se ha descrito la producción endógena de
monóxido de carbono debida al metabolismo y
destrucción de los glóbulos rojos, pero normalmente
la cantidad liberada es muy pequeña. En
caso de anemia hemolitica la cantidad producida
es mayor.
La corrección es necesaria cuando se pretende
medir la capacidad de difusión de la
membrana alveolo capilar y el volumen de
sangre presente en el capilar pulmonar. Ello
puede hacerse midiendo la capacidad de difusión
con 2 gases conteniendo 2 concentraciones
distintos de oxígeno. Ello sin embargo, cae
fuera de los límites del presente articulo. Meade•
ha simpli ficado la ecuación (IO) que toma
la forma:
En donde:
Tlco es el factor de transferencia o capacidad
de difusión que se expresa en ml (STPD)*/
minJmmHg.
V A es el volumen alveolar durante el tiempo
de apnea, expresado en mi BTPS.
es el tiempo de apnea en segundos, que
debe medirse como el tiempo de apnea
realizado por el sujeto más 2/3 del tiempo
empleado para la inspiración profunda
y 1/2 del tiempo empleado para espirar
la muestra. De esta forma se corrige
por el monóxido de carbono que se combina
con la sangre capilar durante Ja inspiración
y la espiración (el llamado tiempo
efectivo de apnea). El factor 160 se
obtiene al asumir una presión barométrica
constante, cambiar de logaritmos naturales
a decimales y al expresar los volúmenes
en STPD y BTPS.
Técnica de la determinación
La determinación del factor de
transferencia se ha realizado mediante
un método manual -empleando
una modificación de las técnicas descritas
por Forster y cols. 7 y Ogilvie y
cols. 9
- o mediante un método semiautomático,
una modificación de la
técnica descrita por Meade y cols. 'º
Con ambas técnicas es posible medir
el volumen residual y el factor de
transferencia para el monóxido de
carbono.
La figura 1 muestra el esquema del
modelo manual empleado. Esencialmente,
éste es semejante al modelo
semiautomático, si bien en éste el
volumen inspirado, el empleado para
lavar el espacio muerto del paciente,
así como el tiempo de apnea pueden
ser programados de antemano. Los
analizadores empleados en ambos
modelos eran semejante aunque no
idéntico**.
• Tcmperawra estándard, OºC, 760 mm de
Hg. de presión y gas seco.
'''* En el sistema manual se emplearon los
siguientes analizadores: para helio: Mijnhard
tipo UG 41 (Gebr. Mijnhard N.V. Zeist, Holanda)
para el oxígeno: Servomex tipo OA 150
(Servomex Controls, Sussex, Gran Bretaña)
para el monóxido de carbono: Godart Tipo
SC-LC (N.V. GOdart, De Bilt, Holanda). En el
modelo semiautomático se emplearon los
siguientes: para helio: Mijnhard tipo UG 41,
para el oxígeno: Servomex tipo DCL IQI MK II
y para el monóxido de carbono: Grubb Parsons
tipo SB 2 (Grubb Parsons, Newcastle upon Ty- ·
ne, Gran Bretaña).
7
ARCHIVOS DE BRONCONEUMOLOGIA. VOL. 10. NUM. 1, 1974
7
CO-He
En ambos modelos los analizadores
de gases fueron conectados de serie
como indica la figura l.
La metódica de la medida del factor
de transferencia era la siguiente:
En primer lugar se medía la tensión
oponente si se sospechaba una concentración
alta de carboxihemoglobina
en ·la sangre del paciente. Para
ello se empleaba el circuito del aparato
empleado para la medida del
Fig. 2. Esquema de la gráfica obtenida en el
espirómetro durante la determinación del factor de
transferencia para el monóxido de carbono.
a. respiración espontánea registrada con velocidad
lenta. b. expiración máxima registrada a gran
velocidad. c. inspiración máxima y rápida. registro
a gran velocidad. d. apnea. registro a pran veloci·
dad. e. lavado del espacio muerto, registro a gran
velocidad. f. muestra alveolar. registro a gran ve·
locidad. g. resto del aire expirado. registro a gran
velocidad. e'. volumen inhalado. t. tiempo efectivo de
apnea.
8
volumen residual, el cual previamente
había sido llenado con oxígeno al
l 00 % . El paciente respiraba en este
circuito cerrado durante unos 10 minutos,
al cabo de los cuales se media
la concentración de monóxído de
carbono en este circuito, que se puede
suponer en equilibrio con la carboxihemoglobina
presente en la sangre.
En segundo lugar se media el Volu-
"'
e'
2h
3
Fig. 1. Esquema del aparataje manual empleado
para la determinación del factor de transferencia
(Tlco> y el volumen residual.
Circwto respiratorio. 1. llave de cuatro pasos
para el lavado del espi_rómetro y el circuito. 2. llave
de tres pasos con dos posiciones: comunicación de
la llave (4) con el aire ambiente o con el espirómetro.
3. Llave de tres pasos para poner en comunicación
el sistema cerrado para la determinación del
factor de transferencia (6 y 5). 4. Llave de cuatro
pasos con cuatro posibilidades: El paciente (S) puede
ponerse en comunicación sucesivamente con:
I. llave (2) aire ambiente
2. llave (2) espirómetro
3. Balón (5) y
4. Balón (5). 5. Caja de plástico transparente y
balón de goma para la recogida de la muestra alveolar.
6. Caja de plástico y balón de goma para el
gas que tiene que ser inhalado. 7. Espirómetro con
bomba circulatoria, soda lime para la absorción
del anhídrido carbónico y sistema de registro.
Sistema de abastecimiento de gases. O para la
determinación del volumen residual. cilinlro de 02
al 100 %. He para la determinación del volumen
residual, cilindro de He al 100 %. He-CO para el
llenado del balón (6) en la determinación de/factor
de transferencia. cilindro con una mezcla gaseosa
de J 5 % de He. 0.3 % de COy el resto aire.
Sistema de análisis de gases. a y a' llaves de tres
pasos para la elección entre el sistema cerrado del
volumen residual y el sistema de determinación
del factor de transferencia. b llave de tres pasos
para elección entre aire ambiente y la mezcla gaseosa
de He-CO. e Llave de tres pasos para la elección
entre el análisis de la mezcla gaseosa del
balón (6) ó del balón (5). dvBomba de circulación.
CO Soda lime para la absorción del anhídrido
cartónico de la mu~tra alveolar. H20 Silica gel
para la absorción del vapor de agua de la muestra
alveolar. He, CO y 0 2 Medidores de helio, Monóxido
de carbono y Oxígeno.
men Residual de acuerdo con la técnica
descrita por Tammeling 1 y por
último se determinaba el factor de
transferencia para el monóxido de
carbono.
La determinación del factor de
transferencia según el método de la
respiración única es una técnica compleja
que además requiere un continuo
control tanto del circuito como
los analizadores empleados cuya resi
2
1
1
1
1
1 :
1
1
1 •
1 1 '
~-----t
~
(26)
puesta no es lineal. Por otro lado
requiere también una estrecha colaboración
por parte del paciente debido
a la maniobra respiratoria a
realizar. En lo que respecta a los
analizadores Cotes" aconseja una
calibración mensual de los mismos.
Con respecto a la maniobra respiratoria,
el tiempo empleado para la
inspiración, así como el volumen y
el tiempo de apnea influencian los
resultados obtenidos, con valores que
oscilan entre el 5 y el 7 % del valor
real. Billiet• aconseja el realizar la
inspiración en un tiempo máximo de
2,5 segundos. El volumen durante el
tiempo de apnea debe ser al menos
el 85 % de la capacidad total el tiempo
de apnea de 9 a l 2 segundos.
La figura 2 representa la gráfica
obtenida mediante este método.
El cumplir estos requisitos exitge
una estrecha colaboración entre paciente
operador. Este último debe
poseer bastante experiencia, especialmente
si se emplea el método manual
y ha de instruir adecuadamente
al paciente. El método semiautomático
simplifica al máximo las
maniobras respiratorias para el paciente
y las maniobras a realizar por
el operador.
El control del sistema en su totalidad,
incluyendo la calibración de los
analizadores puede realizarse determinando
el factor de transferencia en
un mismo sujeto durante varios días
consecutivos. Calculando el coeficiente
de variación ( = la desviación
estándar calculado como porcentaje
de la media) se tiene una medida de
la reproducibilidad del método. Con
los sistemas descritos se han obtenido
un coeficiente de variación del 5 % ,
que está dentro de los límites aceptados
(Billiet•). Los resultados obtenidos
en un grupo de normales (estudiantes,
personal de laboratorio) pueden
compararse a los valores normales
descritos en la literatura (Billiet 1
•;
Englert ", y Cotes'). Si los resultados
no varían más de un ± l 0-l 5 % puede
aceptarse el método.
Finalmente la medida del factor de
transferencia en un mismo sujeto a
intervalos regulares proporcionará
el control en el tiempo.
(27)
R. PESET Y COL. - MEDIDA DEL FACTOR DE TRANSFERENCIA (CAPACIDAD
DE DIFUSION PULMONAR) • CON MONOXIDO DE CARBONO SEGUN LA TECNICA
DE LA RESPIRACION UNICA (SINGLE BREATH)
Resumen
Los autores describen las bases
teóricas de la medida de la capacidad
de difusión pulmonar para el monóxido
de carbono, mediante la técnica
de la respiración única. Para ello puede
usarse bien un método manual o
uno semiautomático.
Summary
MEASURES RELATING TO THE
TRANSFERENCE FACTOR (PULMONARY
DIFFUSION CAPACITY) WlTH CARBON
MONOXIDE IN ACCORDANCE WITH THE
SINGLE BREATH TECHNIQUE
The theoretical bases of the determination
of the diffusion capacity of
the lung for CO with the single breath
method are described. Either a manual
circuit or a semiautomatic one
may be used to measure the diffusion
capacity of the lung.
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9