TEMA 3. CAPNOGRAFÍA. MORFOLOGÍA Y VALORES DE REFERENCIA.

El dióxido de carbono (CO₂) es un producto directo del metabolismo celular, llevado a los pulmones mediante la circulación y siendo espirado. La capnografía es la medición no invasiva de la presión parcial de CO₂ exhalada en cada espiración, dando información continua y a tiempo real datos objetivos sobre la cantidad y calidad del metabolismo, circulación y ventilación.                   

El capnógrafo es un monitor capaz de leer el CO₂ espirado aportando un valor numérico y una onda continua; el valor numérico o end-tidal CO₂ (EtCO₂), es el valor máximo de concentración de CO₂ al final de cada espiración y la onda de CO₂ o capnograma nos muestra los cambios de concentración de CO₂ en el ciclo respiratorio.

1. MEDICIÓN

Hoy en día existen varias formas de medir el CO₂ exhalado, la capnografía volumétrica y la temporal.

La monitorización del volumen del CO₂ se conoce como capnografía volumétrica. No hay segmento inspiratorio en la capnografía volumétrica, sólo espiración. Se usa para evaluar la eficiencia de la ventilación pulmonar calculando el espacio muerto. La fase III de la capnogafía volumétrica (meseta de la onda) es más representativa de la relación V/Q del pulmón que la de un capnógrafo temporal y es usada típicamente en pacientes que reciben ventilación mecánica.

La medición de la presión parcial de CO₂ respecto a una línea de tiempo se conoce como capnografía temporal. Muestra cambios en CO₂ en las fases inspiratoria y espiratoria. La lectura del EtCO₂ representa solo un punto de los datos de la onda de CO₂, la cual es el pico de la meseta en el final de la espiración.

Imagen 6. Capnografía temporal.

Siempre que hablemos de capnografía sin calificativo se refiere a capnografía temporal.

Existen 2 tipos de sensores de medición del EtCO₂: de flujo principal/central (mainstream) o  flujo lateral (sidestream), ambos sensores utilizan la tecnología infrarroja para medir el CO₂ de la vía aérea:

La medición central o mainstream, configurada para pacientes intubados, y es realizada mediante la colocación de un sensor entre el tubo endotraqueal (TET) y el circuito respiraorio; al estar el sensor en la vía aérea, la lectura se puede alterar por secreciones, requeriendo calibraciones y reposiciones frecuentes.

Posteriormente se desarrollaron los de corriente lateral o sidestream, el paciente exhala en una tubuladura o cánula nasal. El aire espirado es desviado mediante un adaptador y línea de muestreo al monitor que aloja el sensor infrarrojo. Mide el CO₂ mediante pequeños volúmenes de muestra aspirada de la vía aérea de forma continua, tanto en el paciente intubado como en el no intubado, formando una onda en el monitor que nos da información continua sobre el CO₂ exhalado.

Tiene un control de humedad en la línea y la medición puede ser lograda mientras el oxígeno está administrado sin diluir la muestra. El oxígeno suplementario puede ser administrado hasta 5 L /min. A partir de este flujo el valor puede estar alterado.

Estos capnógrafos proporcionan lecturas fiables del CO₂ exhalado en todo tipo de pacientes, intubados y no intubados, desde neonatos hasta adultos, sin necesidad de ser calibrado por el personal sanitario.                  

Sin embargo, hay que tener en cuenta que un malposicionamiento de la cánula puede dar lugar a lecturas erróneas de EtCO₂, así como la obstrucción por agua o secreciones y aumento del espacio muerto.     

Imagen 7.  Sensores de medición del EtCO₂.

1.1. Morfología

La morfología de un capnograma normal está caracterizado por cuatro características: una característica onda cuadrada, 4 fases distintas, una concentración de CO₂ que empieza en cero y vuelve a cero (inhalación) y una concentración máxima de CO₂ (EtCO₂) que es alcanzada en cada respiración.

La fase I representa la línea basal inspiratoria, donde se une el final de la inhalación –no CO₂- y corresponde al inicio de la espiración del aire del espacio muerto anatómico y del aparataje, formado por tubuladuras, vía aérea superior y parte del árbol bronquial que no tiene capacidad de intercambiar gas, siendo ésta una fase latente y libre de CO₂, siendo muy silimar al del aire atmosférico. Se observa una línea isoeléctrica en el gráfico.

La fase II representa el inicio de la espiración con una rápida elevación de concentración de CO₂ correspondiendo la espiración de aire mixto ; se aclara el aire del espacio muerto y muestra la eliminación de CO₂ del espacio muerto mezclado con CO₂ alveolar.

La fase III o meseta alveolar, representa la espiración Plateau alveolar, corresponde a la exhalación del aire procedente íntegramente del alveolo rico en CO₂, presenta un ascenso lento y progressivo hasta alcanzar el punto máximo de la presión parcial de CO₂, representando la máxima concentración de CO₂ debido al vaciado del alveolo distal.

Esta concentraciónmáxima de CO₂ recibe el nombre de CO₂ tele-espiratorio o EtCO₂ (end-tidal CO2 en inglés), siendo el valor que registra el capnógrafo.             

El final de la espiración da lugar a un rápido descenso de la concentración de CO₂, dando lugar a la fase IV, junto al inicio de la inhalación del aire atmosférico, volviendo a la línea basal inspiratoria. Esta fase IV la encontramos también en la bibliografía como fase 0.

Imagen 8. Capnograma normal, con la característica onda cuadrada.

Ángulo Alfa: el ángulo entre la fase II y III, aumenta según la pendiente de la fase III aumenta. El ángulo alfa, primariamente relacionado con las variaciones de constantes de tiempo del pulmón, es una indicación indirecta de la relación V/Q del pulmón.

Ángulo Beta: se trata de un ángulo de casi 90 grados, entre la fase III y IV. Se puede utilizar para evaluar la extensión de reinspiración o rebreathing. En caso de reinspiración el ángulo beta es superior a los 90 grados y la línea basal que refiere la fase I se eleva por sobre de lo normal, por encima de 0.

Al final de la fase III nos podemos encontrar una deflexión positiva que es nombrada fase IV: no siempre está presente, se observa en pacientes obesos y embarazadas debido a que la compliance torácica está reducida.

Imagen 9. Segmentos que componen el capnograma.

Podríamos resumir que el capnograma se compone del segmento inspiratorio y el segmento espiratorio.

En el segmento inspiratorio tenemos la fase 0 o también conocido como fase IV y el ángulo Beta, que es el ángulo entre la fase III y el descenso al segmento inspiratorio.

Por lo que refiere al segmento espiratorio, tenemos la fase I, que representa el espacio muerto anatómico; la fase II, donde se mezcla el aire del espacio muerto anatómico y del alveolo y la fase III que representa la plateau alveolar. El ángulo Alfa es el ángulo entre la fase II y III que representa el estado V/Q (relación entre ventilación y perfusión) del pulmón.

La fase III puede tener una pequeña pendiente positiva debido a una eliminación continua del CO₂ del alveolo progresivamente reducida y a un vaciamiento tardío del alveolo con bajo ratio V/Q conteniendo relativamente concentración mayor de CO₂.

Por lo que refiere a alteraciones de la fase III, también nos podemos encontrar con oscilaciones cardiogénicas; aparecen al final de la meseta, se trata de un efecto de ondulación durante la pausa espiratoria. Estas oscilaciones se dan debido a cambios en el volumen torácico a causa de los latidos del corazón durante la fase espiratoria, cuando la FR es baja, con Vt relativamente bajos y no suele tener consecuencias fisiológicas.

Imagen 10. Oscilaciones cardiogénicas en la fase III.

Factores como el gasto cardíaco, la producción del CO₂ con el metabolismo, la resistencia de la vía aérea o la capacidad residual funcional, pueden afectar a la relación V/Q del pulmón, pudiendo influenciar en la altura y pendiente de la fase III.

Así pues, existen cinco características que deberíamos valorar de un capnograma:

• Frecuencia
• Ritmo
• Altura
• Línea basal
• Forma

Si observamos alteraciones en la morfología de la onda, o un patrón muy desviado de lo que consideramos normal, nos deben alertar de problemas potenciales con el estado ventilatorio del paciente, así que tenemos que pensar en posibles alteraciones en la función respiratoria, perfusión, metabolismo o fallos del equipo.

Debemos verificar el estado del paciente, verificar la línea de muestreo del paciente, obstrucciones o acodamientos. Es importante recordar que la interpretación correcta del capnograma debe ser lograda juntamente con otros parámetros como ECG, FR, FC, SPO2, temperatura, TA y balance ácido-base y no sólo como un valor aislado.

Cada espiración de CO₂ da lugar a una onda para cada respiración, que nos da información sobre las respiraciones por minuto de manera clara y concisa, así como profundidad, la presencia de apnea y eficiencia de ventilación.           

El capnograma de tiempo se puede registrar a dos velocidades. A alta velocidad (7mm.sec-1), nos da información de cada respiración, así como los cambios globales del CO₂ (tendencia) o velocidad regular o rápida (0,7 mm.sec-1).

1.2. Valores de referencia

Los valores de referencia de EtCO₂ son de 35 a 45 mmHg, aceptado también entre 30- 40mmHg.

En varios estudios se ha demostrado una estrecha relación entre el EtCO₂ y PaCO₂ en pulmones sanos debido a que existe una buena coincidencia de ventilación alveolar y perfusión, que resulta en un EtCO₂ que coincide de cerca con la PaCO₂.

En pacientes sanos con relaciones V/Q normales, el gradiente aceptado es de 2-5 mmHg.

2. FISIOLOGÍA DE LA CAPNOGRAFÍA

El área bajo la curva de CO₂ nos muestra la ventilación alveolar efectiva.  Por lo que refiere al área por encima de la curva y debajo de la PaCO₂ muestra el espacio muerto fisiológico.

Imagen 11. El área debajo de la curva (azul) corresponde al CO₂ que participa en la ventilación alveolar medida como EtCO₂. El área por encima la curva (naranja) corresponde al CO₂ en el espacio muerto fisiológico que no participa en el intercambio. 

Un capnograma volumétrico puede ser utilizado para entender como un capnograma puede estar relacionado en el volumen tidal y sus componentes, mostramos como ejemplo la siguiente imagen:

Imagen 12.  Capnograma volumétrico.

La línea horizontal superior representando la PaCO₂ (sangre arterial analizada mediante gasometría arterial (GSA) es dibujada en el capnograma. El área por debajo de la curva, en azul, es el volumen de CO₂ en cada respiración y representa la ventilación alveolar efectiva. El área que resta entre la PaCO₂ y la curva de capnografía representa el espacio muerto fisiológico.

Si trazamos una línea vertical en el punto medio de la pendiente de la fase II, el área de la izquierda (área de color naranja) representa el espacio muerto anatómico y hacia la derecha (área marrón) representa el espacio muerto alveolar. El espacio muerto fisiológico es el área marrón sumado al área naranja.

3. RELACIÓN EtCO₂-PaCO₂

Así pues, un aumento del espacio muerto fisiológico disminuye el EtCO₂ con relación a la PaCO₂, debido a la mezcla de gases de áreas pulmonares mal perfundidas con baja concentración de CO₂ y áreas bien perfundidas con concentraciones más altas de CO₂.

 En pacientes con menor espacio muerto fisiológico la correlación es directa y muy precisa. Esta asociación disminuye a medida que el espacio muerto aumenta, sin embargo, la correlación sigue siendo válida teniendo en cuenta el gradiente de corrección.

Imagen 13. La diferencia entre la PaCO₂ y el EtCO₂ es un reflejo del espacio muerto fisiológico.

Como simplificación se puede utilizar la diferencia entre la PaCO₂ y el EtCO₂ como reflejo del espacio muerto alveolar, por tanto, un aumento en el gradiente indica un aumento en el espacio muerto.

Sin embargo, esta correlación sólo puede utilizarse en los casos en que la fase III de meseta es plana, o tiene una mínima pendiente. Cuando la fase III es empinada (como en el broncoespasmo), o ante la presencia de fase IV (presente en compliance aumentada como en pacientes con obesidad o en el embarazo), el EtCO₂ puede superar a la PaCO₂. Esto resulta en un gradiente negativo, a pesar de que el espacio muerto alveolar puede estar elevado indistintamente.

Imagen 14. Capnogramas con compliance aumentada, presencia de fase IV. El EtCO₂ puede superar la PaCO₂.

Varios estudios se han centrado en la determinación de la relación entre el EtCO₂ y la PaCO₂ en pacientes con respiración espontánea. Una buena correlación entre ellas permitiría evitar la gasometría arterial (GSA), procedimiento doloroso y que puede ser difícil de realizar sobre todo en niños. 

Se podría asumir que el EtCO₂ es apropiado para estimar la PaCO₂, incluso en situaciones críticas. En la bibliografía se ha observado que es considerado normal en pacientes estables hemodinámicamente un gradiente de EtCO₂-PaCO₂ de entre 0-5 mmHg debido al espacio muerto alveolar. Aun así, el rol de la capnografía como técnica que reemplace la valoración de la PaCO₂ vía arterial en pacientes disneicos no ha sido claramente demostrado y la literatura revela varios conflictos.         

Usar el EtCO2 para predecir la PaCO₂ debería ser realizado con precaución, especialmente los casos que envuelvan alteraciones pulmonares y de ácido-base. En estos casos el EtCO₂ será útil para valorar la tendencia.

Un aumento del gradiente de EtCO₂-PaCO₂ puede ocurrir cuando se extiende el espacio muerto fisiológico, con bajo gasto cardíaco, presencia de mala relación ventilación/perfusión y shunt.

3.1. Espacio muerto

Se considera espacio muerto el volumen de aire que no participa en el intercambio gaseoso. Contempla el espacio muerto anatómico, se trata de 150-200 mL en la vía aérea de conducción y el espacio muerto alveolar, 5-10 mL en condiciones normales contenidos en la porción respiratoria del pulmón.

A mayor espacio muerto mayor gradiente de EtCO₂ y PaCO₂.

3.2. Gasto cardíaco

Aumentos en el gasto cardiaco y en el flujo sanguíneo pulmonar da como resultado una mejor perfusión de los alvéolos y por tanto un aumento en el EtCO₂. Del mismo modo, el porcentaje de disminución del EtCO₂ está directamente correlacionado con el porcentaje de disminución del rendimiento cardiaco.

En condiciones de ventilación pulmonar constante, la monitorización del EtCO₂ puede ser utilizado para monitorizar el flujo de la sangre pulmonar.

3.3. Mala relación ventilación/perfusión

De forma aislada, ó en combinación con shunt intrapulmonar, es el mecanismo fundamental que determina las alteraciones gasométricas presentes en las patologías del parénquima pulmonar, las vías aéreas y la circulación pulmonar.

En patologías que afectan a las vías aéreas (asma, EPOC) o el parénquima pulmonar (exudado, edema o hemorragia alveolar, atelectasia, etc.), se crean gradientes de ventilación que alteran su distribución en distintas zonas del pulmón. Algunas unidades alveolares están mal ventiladas, pero bien perfundidas, con cocientes V/Q reducidos.

En patologías con afectación vascular pulmonar (como enfisema grave, hipertensión pulmonar, TEP) hay áreas del pulmón bien ventiladas pero mal perfundidas, con relación V/Q elevada, que aumentan el espacio muerto fisiológico pero tienen menor repercusión gasométrica al no producirse efecto de mezcla venosa.

3.4. Shunt

Representa el extremo del desequilibrio V/Q. El fenómeno shunt ocurre cuando los alvéolos no son ventilados porque existe una obstrucción distal a ellos; se encuentran llenos de líquido u obstruidos o porque existe una comunicación vascular directa entre el sistema venoso y arterial. El grado de hipoxemia dependerá de la magnitud del shunt. La causa más frecuente son las patologías que producen extensa ocupación/colapso alveolar (neumonía, hemorragia, edema, SDRA, atelectasia)

En pacientes con enfermedades pulmonares, el gradiente se amplía dependiendo de la gravedad de la enfermedad pulmonar, en este caso el EtCO₂ será útil para valorar la tendencia del estado ventilatorio y no como simple valor que puede que no se relacione directamente con la PaCO₂.

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