TEMA 2. LA RESPIRACIÓ

ANATOMIA BÀSICA DE LA VIA AÈRIA

Entendre l'anatomia de l'aparell respiratori ens ajudarà a entendre el mesurament del CO₂ al cicle respiratori.

L'anatomia pulmonar pot ser desglossada en 3 parts principals:

• Via aèria superior
• Arbre traqueobronquial
• Via aèria inferior

La via aèria superior inclou el nas, la cavitat oral, la faringe i la laringe.

El nas està cobert amb mucosa ciliada que escalfa i humidifica l'aire aspirat i remou partícules estranyes abans que puguin assolir els pulmons. A la via aèria superior no es realitza cap intercanvi de gas.

L'arbre traqueobronquial està compost per ramificacions de vies respiratòries. La tràquea connecta la laringe amb els bronquis principals esquerre i dret.

La via aèria superior i l'arbre traqueobronquial són anomenades zones conductores.

Els bronquis es ramifiquen en bronquis lobars, segmentaris i subsegmentaris abans de finalment, ramificar-se als bronquiols terminals respiratoris. Degut a que no es realitza cap intercanvi de gas a l'arbre traqueobronquial, el volum de gas existent en aquesta zona és anomenat espai mort anatòmic.

A la via respiratòria inferior té lloc l'intercanvi de gasos. Passat el nivell dels bronquíols terminals respiratoris, les vies respiratòries es ramifiquen encara més en conductes alveolars i els alvèols. L'intercanvi de gasos es realitza a través d'un procés anomenat difusió, on l'O₂ i el CO₂ es mouen entre l'alvèol i la sang, zona coneguda com a zona respiratòria.

Imatge 1. L'intercanvi de gasos té lloc a la zona respiratòria mitjançant la difusió entre els alvèols i els capil·lars pulmonars.

2. FISIOLOGIA DE LA RESPIRACIÓ

El cicle respiratori està format per l'oxigenació i la ventilació. Es tracta de dos processos fisiològics independents.

L'oxigenació comença amb l'entrada d'aire als pulmons gràcies a una diferència de gradient de pressió. Quan l'O₂ arriba a l'alveol, aquest es difon a través de la membrana alveolo capil·lar. L'O₂ es combina de manera reversible a l'hemoglobina dels eritròcits. Cada molècula d'hemoglobina transporta l'O₂ fins al mitocondri, on es dóna lloc la respiració cel·lular o la respiració interna.

A nivell cel·lular es produeix la degradació de la biomolècula formant-se l'àcid pirúvic, el qual es desdobla en CO₂ i H₂O.

El CO₂ provinent del residu cel·lular passa al torrent sanguini; una part es transforma en àcid carbònic (H₂CO₃) que s'ionitza formant bicarbonat (HCO₃-) i protons (H+), i la resta es transporta als pulmons dissolt en plasma unit a l'hemoglobina on serà eliminat mitjançant la ventilació.

La ventilació és la inspiració i espiració de gasos respiratoris, coneguda també com a respiració externa. L'intercanvi d'O₂ i CO₂ passa a la zona respiratòria.

Sota condicions de salut normals, el pas de sang a través dels capil·lars alveolars permet que la pressió parcial de CO₂ a l'aire alveolar coincideixi amb la pressió parcial de CO₂ a sang arterial (PaCO₂, valor que obtenim amb la realització d'una gasometria arterial (GSA)).

Amb la capnografia, podem monitorar de manera no invasiva, contínua i més ràpida que la que podem obtenir amb la mostra de sang arterial, cosa que ens pot alarmar de manera precoç de canvis en la ventilació. El valor que rep el mesurament del CO₂ espirat amb la capnografia és l'EtCO₂, valor que expliquem més detingudament al capítol 3.

Per comprendre la fisiologia respiratòria hem de tenir clars diversos conceptes bàsics:

• El nombre de respiracions que aconseguim en un minut s'anomena freqüència respiratòria (FR).
• La quantitat d'aire que respirem en una inspiració normal és anomenat volum corrent o volum tidal (Vt).
• Si multipliquem la FR pel Vt, obtenim el valor Ventilació per minut (Vm)
• Una part del volum corrent no participa en l'intercanvi de gasos, a causa de l'espai mort de la zona conductora; aquesta quantitat d'aire en una inspiració normal és anomenat volum d'espai mort (Vd)
• Per calcular la quantitat de gasos que realment arriba als alvèols, conegut com a volum alveolar (VA) a cada minut, hem de restar el Vt al Vd i multiplicar-lo per la FR. VA = (Vt-Vd)xFR

 Perquè la ventilació alveolar i la difusió de gasos siguin les adequades, tots els alvèols han de ser ventilats per igual, així com el flux de sang pels capil·lars pulmonars també ha de ser el mateix per a cada alvèol.

Per poder representar possibles variacions, farem servir el concepte de relació ventilació alveolar i perfusió (VA/Q), és a dir la relació entre la ventilació pulmonar i flux sanguini pulmonar. Aquesta relació és important conèixer-la per poder entendre les conseqüències dels diferents desequilibris de la mateixa.

El valor normal del quocient VA/Q, que a la bibliografia també es representa com a V/Q, és 0,8, significant que la ventilació alveolar (en L/min) és 80% del valor del flux sanguini pulmonar (en L/ min).

Per exemple, una persona que té VA de 4,2 L/min i un flux pulmonar de 5 L/min, si fem la relació 4,2/5 ens resulta una relació de 0,8, és a dir normal.

• Quan la ventilació alveolar com la perfusió són equilibrades per al mateix alvèol, es diu que la relació VA/Q és equilibrada o normal.
• Quan la relació VA/Q és menor del normal (<0,8), significa que no hi ha prou O₂ necessari per oxigenar la sang que circula pels capil·lars alveolars, per tant, part de la sang venosa que circula pel capil·lar pulmonar no s'oxigena. Ens trobem davant de l'exemple de pulmó perfós no ventilat.
• Quan la relació VA/Q és superior del normal (>0,8), significa que hi ha més quantitat d'O₂ als alvèols que no es pot difondre a la sang. Ens trobem davant de l'exemple de pulmó ventilat no perfós.

 És important tenir en compte que, a causa de l'efecte gravitacional, les parts inferiors del pulmó, les bases, hi ha menor ventilació que perfusió, és a dir, millor perfusió que ventilació, donant com a resultat menor relació V/Q (menor O₂, més CO₂) .

La part superior del pulmó, els vèrtexs, a causa de l'efecte gravitacional tenen més ventilació que perfusió, per tant, més ràtio de V/Q (major O₂, menor CO₂).

Així doncs, la relació V/Q no és constant a tot el pulmó, sinó que hi ha una variació progressiva de l'àpex a la base.

Imatge 2. Fisiologia de la respiració. A causa de l'efecte gravitacional, la relació V/Q és progressiva de l'àpex a la base.

Existeixen dues situacions habituals que poden provocar alteracions en la relació V/Q: espai de mort alveolar i shunt pulmonar.

Qualsevol element del sistema respiratori que no formi part de l'intercanvi de gasos és anomenat espai mort. L'existència d'espai mort a la via aèria superior és normal i s'anomena espai mort anatòmic; rarament canvia per la fisiopatologia. No obstant això, l'espai mort dels alvèols, on hi ha l'intercanvi de gasos, pot ser una indicació de patologia com per tromboembolisme pulmonar (TEP) o despesa cardíaca disminuïda. Ens trobem davant d'un alvèol ben ventilat però no perfós.

Imatge 3. Exemple de disfunció V/Q amb alvèol ben ventilat, però sense perfusió.

El shunt pulmonar es pot veure com l'oposat a l'espai mort. El shunt pulmonar ocorre quan àrees del pulmó són perfoses, però no ventilades, això pot passar en condicions que provoquen que els alvèols es col·lapsin o s'omplin de fluids, amb la presència de secrecions bronquials i alveolars incrementades que causen taponament de moc o atelectàsia.

Imatge 4. Exemple de disfunció V/Q amb alvèol ben perfós, però mal ventilat, per exemple, en cas de neumònia.

2.1. Principis bàsics del CO₂

La medició del CO₂ exhalat es pot veure afectat per 3 factors:

• El metabolisme: El CO₂ es produeix al teixit com a subproducte del metabolisme.
• La perfusió: La sang és el mitjà de transport del CO₂ fins als pulmons i la difusió als alvèols.
• La ventilació: Mitjançant l'exhalació, el CO₂ s'elimina a través de la ventilació.

Les alteracions en cadascuna d'aquestes 3 funcions es reflectiran en el CO₂.

2.2. Fisiologia del CO₂

Les cèl·lules del cos usen oxigen per metabolitzar carbohidrats, proteïnes i lípids per produir energia; aquest procés és conegut com el cicle de Krebs.

Imatge 5. Cicle de Krebs.

Un subproducte sobrant del procés és el diòxid de carboni, el CO₂. És produït principalment durant la ruptura dels nutrients per obtenir energia en forma d'ATP a les cèl·lules. El CO₂ és transportat des del nivell cel·lular als pulmons mitjançant el sistema vascular. El CO₂ és eliminat durant l'espiració al cicle respiratori.

Si no hi ha oxigen disponible, es comença un procés anomenat glucòlisi anaeròbica. Aquest tipus de metabolisme anaeròbic dóna lloc a la producció de lactat, que causa l'acidificació de la sang.

El bulb raquidi és una porció del romboencèfal que controla funcions automàtiques com la respiració, digestió o el control de la freqüència cardíaca. Pel que fa a la respiració, el bulb raquidi controla tant la freqüència com la profunditat de la respiració. Si la concentració de CO₂ no és regulada, pot donar lloc a una acumulació tòxica a la sang, donant lloc a una fallada respiratòria.

Encara que el bulb raquidi és el mecanisme principal regulador de la respiració, hi ha un mecanisme secundari que també dirigeix ​​la respiració en resposta a la hipoxèmia; aquest mecanisme excita els quimioreceptors perifèrics localitzats en el sistema vascular dels cossos aòrtics i carotidis.

El CO₂ provinent del residu cel·lular passa a la sang i és transportat fora de la cèl·lula cap al torrent sanguini. El CO₂ és més soluble que l'O₂ i és transportat de manera lliure en plasma, unit a l'hemoglobina i en major proporció al costat de l'ió bicarbonat i és descartat pel pulmó mitjançant el procés anomenat ventilació.

Com més concentració de CO₂ en sang, més àcid serà el pH, i a menor concentració de CO₂, el pH serà més alcalí.

L'efecte Bohr descriu la relació entre el pH a la sang i l'afinitat de l'hemoglobina amb l'O₂. Quan el pH a la sang és baix (àcid), l'hemoglobina té una afinitat més baixa del normal amb l'O₂. Per això l'O₂ es deslliga més ràpidament al teixit. Per contra, quan el pH és alt (alcalí) l'hemoglobina té més afinitat del normal amb l'O₂ fent-ho menys disponible al teixit del normal.

El CO₂ està relacionat indirectament amb el pH a la sang, així que quan el CO₂ s'eleva, el pH cau provocant acidosi. El pH a la sang major 7,45 és conegut com alcalosi.

En individus sans, el cos manté contínuament el pH en un rang normal, de 7,35-7,45.

2.3. Intercanvi de gasos

Les parets alveolars són molt primes i sobre elles hi ha una xarxa gairebé sòlida de capil·lars interconnectats entre si. El flux de sang per la paret alveolar és descrit com a laminar i, per tant, els gasos alveolars estan en proximitat estreta amb la sang dels capil·lars.

El recanvi gasós entre l'aire alveolar i la sang pulmonar es produeix mitjançant una sèrie de membranes i capes que s'anomenen en conjunt, membrana respiratòria o membrana alveolocapilar. Es calculen uns 300 milions d'alvèols als dos pulmons.

La difusió de l'O₂ i del CO₂ a través de la membrana respiratòria aconsegueix l'equilibri en menys d'1 segon, de manera que quan la sang abandona l'alvèol té una pO₂ de 100 mmHg i una pCO₂ de 40 mmHg exactament el mateix valor que les pressions parcials dels dos gasos al alvèol.

BIBLIOGRAFÍA 

• Jabre P, Jacob L, Auger H, Jaulin C, Monribot M, Aurore A, et al. Capnography monitoring in nonintubated patients with respiratory distress ☆. Am J Emerg Med [Internet]. 2009;27(9):1056–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.ajem.2008.08.017                                         
• Johnson A, Schweitzer D. Time to Throw Away Your Stethoscope? Capnography: Evidence-Based Patient Monitoring Technology. J Radiol Nurs [Internet]. 30(1):25–34. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jradnu.2010.12.003    
• Nagler J, Krauss B. Capnographic Monitoring in Respiratory Emergencies. Clin Pediatr Emerg Med [Internet]. 2009;10(2):82–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cpem.2009.03.004                
• Özgür N, Alp Ş, Pamukçu G, Ferhat İ, Kurto G, Havva Ş. American Journal of Emergency Medicine The accuracy of mainstream end-tidal carbon dioxide levels to predict the severity of chronic obstructive pulmonary disease exacerbations presented to the ED. 2014;32:408–11.
• Delerme S, Freund Y, Renault R, Devilliers C, Castro S, Chopin S, et al. Concordance between capnography and capnia in adults admitted for acute dyspnea in an ED. Am J Emerg Med [Internet]. 2010;28(6):711–4. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.ajem.2009.04.028                                  
• Do CAM, Davids N, Villers LC, Wampler DA. Clinical Reviews CAPNOGRAPHY FOR THE NONINTUBATED PATIENT IN THE EMERGENCY. J Emerg Med [Internet]. 2013;45(4):626–32. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jemermed.2013.05.012
• Hisamuddin N, Ab N. The use of capnometry to predict arterial partial pressure of CO 2 in non-intubated breathless patients in the emergency department. 2010;315–20.                                    
• Anaesthesia E. co2 and the end- expiratory fractional concentration of carbon dioxide                         
• Anderson MR, Chapter I, Xavier S, Nurse S, Xavier S. Capnography: Considerations for Its Use in the Emergency Department. 2006;(April):149–53.                                                                   
• Cinar O, Acar YA, Arziman İ, Kilic E. Can mainstream end-tidal carbon dioxide measurement accurately predict the arterial carbon dioxide level of patients with acute dyspnea in ED. 2012;358–61.
• Pantazopoulos C, Xanthos T. REVIEW A Review of Carbon Dioxide Monitoring During Adult Cardiopulmonary Resuscitation. Hear Lung Circ [Internet]. 2015;24(11):1053–61. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.hlc.2015.05.013                                              
• Howe TA, Jaalam K, Ahmad R, Sheng CK, Rahman NHNA. Contributions. JEM [Internet]. 2011;41(6):581–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jemermed.2008.10.017                                     
• Mieloszyk RJ, Member S, Verghese GC, Deitch K, Cooney B, Khalid A, et al. Automated Quantitative Analysis of Capnogram Shape for COPD – Normal and.2014;61(12):2882–90.                                                     
• Hunter CL, Silvestri S, Ralls G, Papa L. Prehospital end-tidal carbon dioxide differentiates between cardiac and obstructive causes of dyspnoea. 2015;453–6.                                                            
• Mn JP, Msn TA, Msn MC, Egging D, Rn MS, Ed GWMSN, et al. EMERGENCY NURSING RESOURCE : THE USE OF. YMEN [Internet]. 2011;37(6):533–6. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jen.2011.04.013     
• Haven N, Health O, Uni- S, Ave H, Haven N. Quantitative End-Tidal Carbon Dioxide in Acute Exacerbations of Asthma. 2008;829–32.                                         
• Turle S, Sherren PB, Nicholson S, Callaghan T, Shepherd SJ. Availability and use of capnography for in-hospital cardiac arrests in the United Kingdom. Resuscitation [Internet]. 2015;94:80–4. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.resuscitation.2015.06.025                                         
• Guirgis FW, Williams DJ, Kalynych CJ, Hardy ME, Jones AE, Dodani S, et al. American Journal of Emergency Medicine End-tidal carbon dioxide as a goal of early sepsis therapy. Am J Emerg Med [Internet]. 2014;32(11):1351–6. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.ajem.2014.08.036
• Dony P, Dramaix M, Boogaerts JG. Hypocapnia measured by end-tidal carbon dioxide tension during anesthesia is associated with increased 30-day mortality rate ☆. J Clin Anesth [Internet]. 2017;36:123–6. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jclinane.2016.10.028                                                        
• Ward KR, Menegazzi JJ, Zelenak RR, Sullivan RJ, McSwain NE. A comparison of chest compressions between mechanical and manual CPR by monitoring end-tidal Pco2 during human cardiac arrest. Ann Emerg Med [Internet]. 1993 Apr 1 [cited 2017 Mar 1];22(4):669–74. Available from: http://www.annemergmed.com/article/S0196064405818451/fulltex                  
• Hemnes AR, Newman AL, Rosenbaum B, Barrett TW, Zhou C, Rice TW, et al. Bedside end-tidal CO2 tension as a screening tool to exclude pulmonary embolism. Eur Respir J. 2010;35(4):735–41.                                      
• Hunter CL, Silvestri S, Dean M, Falk JL, Papa L. End-tidal carbon dioxide is associated with mortality and lactate in patients with suspected sepsis. Am J Emerg Med [Internet]. 2013;31(1):64–71. Available from:http://dx.doi.org/10.1016/j.ajem.2012.05.034                      
• Corbo J, Bijur P, Lahn M, Gallagher EJ. Concordance Between Capnography and Arterial Blood Gas Measurements of Carbon Dioxide in Acute Asthma. Ann Emerg Med [Internet]. 2017 Mar 10;46(4):323–7. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.annemergmed.2004.12.005                                             
• Garcia E, Abramo TJ, Okada P, Guzman DD, Reisch JS, Wiebe RA. Capnometry for noninvasive continuous monitoring of metabolic status in pediatric diabetic ketoacidosis. Crit Care Med. 2003;31(10):2539–43.                      
• Abramo TJ, Wiebe RA, Scott S, Goto CS, McIntire DD. Noninvasive capnometry monitoring for respiratory status during pediatric seizures. Crit Care Med. 1997 Jul;25(7):1242–6.                                                                  
• Strafford M. End-tidal monitoring. 1984;39:1000–3.                                             
• Zang Z, Yan J, Xu H, Liang F, Yang T, Wang D, Gao F. The value of changes in end-tidal carbon dioxide pressure induced by passive leg raising test in predicting fluid responsiveness in mechanically ventilated patients with septic shock. Chin J Intern Med [Internet]. 2013;52:8.646-650.                                    
• Toupin F, Clairoux A, Deschamps A, Lebon J-S, Lamarche Y, Lambert J, et al. Assessment of fluid responsiveness with end-tidal carbon dioxide using a simplified passive leg raising maneuver: a prospective observational study. Can J Anaesth [Internet]. 2016;63:1033–41. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27307176                          
• Xiao-ting W, Hua Z, Da-wei L, Hong-min Z, Huai-wu H, Yun L, et al. Changes in end- tidal CO2 could predict fluid responsiveness in the passive leg raising test but not in the mini-fluid challenge test: A prospective and observational study. J Crit Care [Internet]. 2015 Oct [cited 2017 Mar 14];30(5):1061–6. Available from: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0883944115003275                   
• Klemen P. Combination of Quantitative Capnometry, N-Terminal Pro-brain Natriuretic Peptide , and Clinical Assessment in Differentiating Acute Heart Failure from Pulmonary Disease as Cause of Acute Dyspnea in Pre-hospital Emergency Setting : Study of Diagnostic Acc. 2009;133–42.                              
• Brown LH, Gough JE, Seim RH. Can Quantitative Capnometry Differentiate Between Cardiac and Obstructive Causes of Respiratory Distress? Chest. 1998;113(2):323–6
• Masimo.com. [citado el 21 de noviembre de 2020]. Disponible en: https://www.masimo.com/siteassets/us/documents/pdf/lab7849a_whitepaper_emerging_uses_of_capnometry_in_emergency_medicine.pdf
• Krauss B, Hess DR. Capnography for procedural sedation and analgesia in the emergency department. Ann Emerg Med. 2007;50(2):172–81
• Capnography - Capnography [Internet]. Capnography.com. [citado el 15 de octubre de 2020]. Disponible en: http://www.capnography.com
• Barrado Muñoz L, Barroso Matilla S, Patón Morales G, Sánchez Carro J. Capnografía, la evolución en la monitorización del paciente crítico. Zona TES [Internet]. 2013; (1): 16- 23. Disponible en: http://www.zonates.com/es/revista-zona-tes/menurevista/numeros-anteriores/vol-2--num-1--enero-marzo-2013/articulos/capnografia,- la-evolucion-en-la-monitorizacion-del-paciente-critico.aspx
• Díez-Picazo LD, Barrado-Muñoz L, Blanco-Hermo P, Barroso-Matilla S, Espinosa Ramírez S. La capnografía en los servicios de emergencia médica. Semergen [Internet]. 2009; 35(3): 138-43. doi: 10.1016/S1138-3593(09)70721-X.
• Soar J, Nolan JP, Böttiger BW, Perkins GD, Lott C, Carli P, et al. European Resuscitation Council Guidelines for Resuscitation 2015. Section 3. Adult advanced life support. Resuscitation [Internet]. 2015; 95: 100-47. doi: 10.1016./j.resuscitation.2015.07.016
• Mecanismos que originan insuficiencia respiratoria [Internet]. Ffis.es. [citado el 17 de noviembre de 2020]. Disponible en: http://www.ffis.es/volviendoalobasico/24mecanismos_que_originan_insuficiencia_respiratoria.html
• Williams Jiménez Y. Capnografía en emergencias. Lex Artis ad Hoc. International Scientific Journal [Internet]. 2013; (2): 19-25. Disponible en: http://docplayer.es/35111356-Capnografia-en-emergencias-williams-jimenez-yaraenfermera-hospital-clinico-san-carlos-unidad-de-cirugia-cardiaca-y-vascular.html
• Kodali BS. Capnography outside the operating rooms. Anesthesiology. 2013;118(1):192–201.
• Rodera, S., 2020. Capnografía. [Internet] Sociedad Argentina de Emergencias. Available at: <https://www.sae-emergencias.org.ar/wp-content/uploads/2020/08/Capnograf%C3%ADa-1.pdf> [Accessed 10 January 2021].
• Soar J, Nolan JP, Böttiger BW, Perkins GD, Lott C, Carli P, et al. European Resuscitation Council Guidelines for Resuscitation 2015. Section 3. Adult advanced life support. Resuscitation [Internet]. 2015; 95: 100-47. doi: 10.1016./j.resuscitation.2015.07.016
• Capnography education lesson 2: Basic principles - translations [Internet]. Medtronic.com. [citado el 17 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://www.medtronic.com/covidien/en-us/clinical-education/catalog/capnography-education-video-series-lesson-2-basic-principles/video-translations.html
• Solana García MJ, López López R, Adrián Gutiérrez J, Peñalba Cítores A, Guerrero Soler M, Marañón Pardillo R. Utilidad del empleo de la capnografía en la gastroenteritis aguda. An Pediatr (Barc). 2008;68(4):342–5.
• Long B, Koyfman A, Vivirito MA. Capnography in the emergency department: A review of uses, waveforms, and limitations. J Emerg Med. 2017;53(6):829–42.
• CapnoAcademy. How capnography can be used to identify sepsis - CapnoAcademy [Internet]. Capnoacademy.com. 2015 [citado el 19 de diciembre de 2020]. Disponible en: https://www.capnoacademy.com/2015/11/30/how-capnography-can-be-used-to-identify-sepsis/
• De noviembre de 18 y. 19. XI Curso de Cuidados de Enfermería al Paciente Neurocrítico [Internet]. Neurotrauma.net. [citado el 7 de enero de 2021]. Disponible en: https://www.neurotrauma.net/pic2014/uploads/LRP/XICurso_CEPAN_PIC2014.pdf
• Infermeravirtual.com. [citado el 7 de enero de 2021]. Disponible en: https://www.infermeravirtual.com/files/media/file/97/Sistema%20respiratorio.pdf?1358605430