El patrón ventilatorio es probablemente el primer registro que permitió obtener variables de función respiratoria1. Su parámetro más simple, la frecuencia respiratoria (FR o f), es observable a simple vista y forma parte de las constantes que se determinan habitualmente en situaciones clínicas diversas2. Junto con el volumen corriente (o volumen tidal, V ¿ T ), constituyen las variables básicas de la espirometría simple y pueden recogerse con un simple espirómetro de tipo Tyssot. Estas 2 variables, a su vez, permiten el cálculo de al menos otras 2: a) el volumen/minuto respiratorio ( V ¿ E o V ¿ I , dependiendo, respectivamente, de si el registro se realiza sobre el volumen espiratorio o inspiratorio, y equivalente a FR× V ¿ T ), y b) el tiempo total del ciclo respiratorio (T TOT ; que se deriva del cociente 60/FR). Para ir más allá se precisa de instrumentos que permitan cuantificar la duración de cada parte del ciclo, así como los períodos intermedios de apnea. En el pasado se utilizó mucho el denominado ¿espirómetro de agua¿, en que los tiempos y volúmenes respirados se recogían a partir de los desplazamientos de un cilindro giratorio en un tanque lleno de este elemento. Sin embargo, el instrumento más utilizado en la actualidad es el neumotacómetro, que generalmente se halla integrado en un espirómetro. Entre los diferentes tipos de neumotacómetro destaca el de tipo fleish (basado en las diferencias de presión a ambos lados de una membrana)3, y más recientemente los modelos que se basan en una turbina, la emisión de ultrasonidos o los llamados de ¿filamento caliente¿4,5. El neumotacómetro clásico infiere el volumen aéreo a partir del flujo (volumen/tiempo) y permite registrar también la duración de cada fase ventilatoria, por lo que es posible obtener los tiempos inspiratorio (T I ) y espiratorio. Parte de la importancia de estas últimas variables radica en la información que dan sobre la duración de la actividad contráctil muscular. Así, por ejemplo, a mayor duración del T I , mayor dificultad para mantener un determinado trabajo inspiratorio. Con las variables ya mencionadas pueden calcularse otras 2: los cocientes V T /T I y T I /T TOT . El primero es una indicación de la velocidad en que se ha conseguido el volumen aéreo. Es pues una expresión del flujo pero también del impulso (drive) central ventilatorio. Su limitación es que, al recogerse la señal en la boca, dicho impulso se halla ya modulado por toda una serie de aferencias procedentes del propio aparato respiratorio. A su vez, el cociente T I /T TOT permite afinar más que el simple T I la predicción de la sostenibilidad de un determinado patrón ventilatorio. Si el patrón ventilatorio se combina con otros medidores, podrá dar lugar a variables más sofisticadas, que irán ampliando progresivamente la información fisiológica sobre el individuo. Así, la adición de medidores de gases respiratorios permitirá determinar el consumo de oxígeno ( V ¿ O 2 ), la producción de anhídrido carbónico ( V ¿ CO 2 ) y el espacio muerto (V D /V T )3, mientras que la disponibilidad de presión esofágica permitirá el cálculo de la presión positiva intrínseca al final de la espiración (PEEPI, equivalente a la presión a que se inicia el flujo tras un tiempo de generación de presión inspiratoria ¿inefectiva¿). El tema de la determinación del espacio muerto no es banal, ya que supone la diferencia entre el V ¿ E obtenido del patrón ventilatorio y la ventilación alveolar efectiva, que es la que realmente participará en el intercambio pulmonar de gases.
Uno de los problemas principales para determinar todo aquello que va más allá de la simple FR es la necesidad de aplicar algún dispositivo facial al paciente6,7. Así, con el neumotacómetro se le deberá colocar o aprovechar (si ya lo llevara por su situación clínica) una mascarilla, un tubo de intubación, las tubuladuras de un ventilador o una boquilla3,6. Esto tiene sus inconvenientes, pues la manipulación puede inducir cambios y en realidad no se estará valorando el patrón ¿natural¿ del paciente. Por otra parte, deberá ponerse cuidado en reducir al máximo el espacio muerto derivado del instrumento que se utilice.
Un abordaje radicalmente diferente es el que deriva de establecer el patrón ventilatorio a partir de los cambios en el volumen de la caja torácica y, en ocasiones, la cavidad abdominal. Las técnicas basadas en este principio han sido múltiples, desde las bandas que contienen mercurio o aire, hasta los magnetómetros o la pletismografía inductiva8,9,10,11,12. Algunas de estas técnicas permiten también conocer los cambios que se producen en la capacidad funcional residual durante una determinada situación (p. ej., ejercicio). Los magnetómetros respiratorios y la pletismografía inductiva han sido las técnicas más utilizadas. El primero se basa en la colocación de 2 pares de emisores de campo electromagnético de corriente alterna, con sus correspondientes receptores (uno en el tórax y el otro en el abdomen)11. La pletismografía inductiva, por su parte, se compone de 2 cinturones elásticos (torácico y abdominal), portadores de una resistencia eléctrica. Los cambios de voltaje serán proporcionales a los del área de sección de las cavidades mencionadas7. Sin embargo, ambos métodos presentan dificultades de calibración para obtener un V T fiable y exigen que tanto los magnetómetros como las bandas elásticas no se muevan durante la medición. Por lo tanto, aunque pueden ser útiles en situación basal13, una de sus limitaciones principales radica en que resulta dificultoso obtener registros válidos si se producen movimientos (p. ej., durante el esfuerzo). En la actualidad se emplean sobre todo en estudios de la respiración durante el sueño, para valorar los movimientos toracoabdominales durante la apnea. Sin embargo, para este propósito concreto se están viendo sustituidos progresivamente por tecnología basada en cristales piezoeléctricos. Otra técnica que no requiere la aplicación de dispositivos faciales es la tomografía por impedancia eléctrica (TIE), que permite inferir el patrón a partir de una secuencia de imágenes obtenidas por la captación de corriente alterna de baja intensidad. El artículo que Balleza et al14 publican en este número de Archivos de Bronconeumología es continuación de un trabajo anterior15, en el que los autores compararon esta técnica con el neumotacómetro en la obtención del patrón ventilatorio en personas sanas. En dicho trabajo constataron que la TIE es una técnica prometedora, pero que todavía presenta limitaciones importantes para que pueda considerarse una alternativa válida16. Entre otras, la necesidad de tener en cuenta las características específicas de la caja torácica del sujeto que se estudia17,18. En el presente trabajo14, el mismo grupo investigador ha aplicado la técnica de TIE a pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Estos pacientes se caracterizan precisamente por cambios geométricos en la configuración torácica, derivados de un volumen pulmonar aumentado19. De hecho los autores identifican la transferencia de monóxido de carbono, un marcador clásico del enfisema pulmonar, como una de las variables de ajuste en las discrepancias entre la TIE y el neumotacómetro para el V T . Por el contrario, el grado de atrapamiento aéreo no parece guardar relación con dicho ajuste. Los autores señalan que por el momento, y hasta que se resuelvan de forma definitiva los problemas de calibración, la TIE podría ser sobre todo útil para el seguimiento evolutivo del patrón ventilatorio, y no tanto para la determinación de las cifras absolutas del V T .
Finalmente, existe una opción reciente que se basa en los cambios que provoca el ciclo respiratorio en la imagen generada por las vibraciones ligadas a los sonidos pulmonares (imagen de respuesta a la vibración)20. Esta técnica, que también permite conocer la distribución de la ventilación en los pulmones, precisa todavía de una validación clara para su uso en la determinación del patrón ventilatorio.
También con el propósito de evitar la aplicación facial de dispositivos se ha recurrido a los sistemas pletismográficos corporales clásicos, que se basan en un compartimiento estanco en que el paciente permanece sometido a un flujo conocido de aire, y en el que a partir de diferencias de presión se calculan los cambios de volumen pulmonar. Se utilizan fundamentalmente en modelos animales.
Como ya se ha mencionado, un tema importante en el uso de todos estos instrumentos es el de la preparación y calibración. De ellas dependerá la exactitud de las medidas. También es importante conseguir un estado estable (steady state) del sujeto antes de la realización de las mediciones, para que éstas reflejen lo más fielmente posible su patrón ventilatorio basal.
Con todas las técnicas mencionadas, es asimismo importante tener en cuenta la posibilidad del uso de la telemetría. Esta tecnología permite el registro a distancia, lo que puede ser especialmente útil en estudios de sueño, en trabajos de campo que incluyan pruebas de esfuerzo fuera del laboratorio o en el seguimiento del patrón ventilatorio en el propio domicilio del paciente21.
Por último cabe mencionar que hay otros instrumentos que permiten conocer las variables temporales del patrón ventilatorio, aunque no son fiables respecto de los volúmenes pulmonares. Entre estos instrumentos destacan los termistores (basados en los cambios de temperatura durante el flujo aéreo en la zona perinasobucal)22. Algo parecido sucede con los diferentes registros de las presiones respiratorias (cánulas nasales, sondas esofágicas, etc.)23.
Un tema interesante es el del estudio de los cambios que suceden en el patrón ventilatorio en respuesta a determinados estímulos. La información que se obtiene es muy útil en el estudio del control de la ventilación24, y los estímulos más utilizados son los de tipo químico, a través de la respiración de mezclas hipóxicas o hipercápnicas25. Las primeras suelen contener alrededor de un 10% de oxígeno y pretenden valorar la respuesta de los quimiorreceptores periféricos. Entre éstos, los situados en la carótida parecen responder de forma predominante a la presión parcial de oxígeno en sangre arterial (PaO 2 ), mientras que los de la aorta lo hacen al contenido total del gas (CaO 2 ). La hipoxia provocará el incremento de la ventilación, sobre todo a partir de valores importantes (PaO 2 <50¿60mmHg) y si se mantiene estable la presión arterial de anhídrido carbónico. A su vez, los estímulos hipercápnicos, generalmente realizados con mezclas que contienen un 5¿8% de anhídrido carbónico, provocan el aumento de la ventilación a través de mecanismos centrales, ligados a la zona quimiosensible del tronco cerebral. También son modulables por la presencia concomitante de hipoxia y los valores de flujo local cerebral. Mucho menos utilizados son los estímulos ventilatorios basados en provocar un desequilibrio de la homeostasis ácido/base, mediante infusión de una sustancia con un pH reducido. Alternativamente, también se puede inducir al sujeto a que de forma voluntaria intente llegar a su máxima ventilación posible. Estas técnicas permiten obtener lo que se conoce como máxima ventilación voluntaria, que es un buen reflejo de la reserva ventilatoria26. Obviamente, las respuestas a todos estos estímulos dependerán de la situación del sujeto y de su capacidad para incrementar el V ¿ E a partir del V T (la posibilidad más eficiente), o verse forzado a depender casi exclusivamente de su FR.
Las posibles aplicaciones del estudio del patrón ventilatorio son múltiples. Además de su uso en la clínica diaria (FR) y en exploraciones habituales, como la polisomnografía, la espirometría lenta y las pruebas de esfuerzo27,28, puede ser útil en el paciente hipercápnico en general, y particularmente en los afectados de hipoventilación alveolar, alteraciones de la caja torácica, obesidad extrema y enfermedades neurológicas y neuromusculares29. También resulta útil en la evaluación de determinados tratamientos, como el entrenamiento muscular30,31 o la ventilación mecánica (invasiva o no)32, en pacientes con diversas enfermedades respiratorias.
En resumen, el patrón ventilatorio tiene una utilidad importante tanto en los estudios fisiológicos como en la clínica respiratoria diaria. Existen diferentes métodos que permiten determinar las variables del patrón ventilatorio, aunque la técnica de referencia es la neumotacometría, que requiere cierto grado de aplicación de dispositivos faciales. Para evitar la distorsión que esto último puede conllevar, se dispone de diversas técnicas alternativas. Aunque las más utilizadas han sido la magnetometría respiratoria y la pletismografía inductiva, en los últimos años se han desarrollado nuevos instrumentos, como la imagen de respuesta a la vibración y la TIE. Esta última se halla en fase de desarrollo, pero parece prometedora si se consigue superar los problemas inherentes a la calibración.
