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