Intercambio Gaseoso y Difusión Durante el Ejercicio

Durante el ejercicio, el pulmón debe transferir mucho más oxígeno a la sangre y eliminar mucho más dióxido de carbono de ella, incluso cuando el flujo sanguíneo pulmonar aumenta varias veces y los glóbulos rojos pasan menos tiempo en los capilares pulmonares. El intercambio gaseoso describe cómo la ventilación alveolar, el acoplamiento de la ventilación a la perfusión y la difusión a través de la membrana alvéolo-capilar se combinan para mantener la oxigenación arterial en gran medida preservada bajo esta carga.

Definition

El intercambio gaseoso pulmonar durante el ejercicio es la transferencia de oxígeno del gas alveolar a la sangre capilar pulmonar y de dióxido de carbono en la dirección inversa, determinado por la ventilación alveolar, el acoplamiento ventilación-perfusión y la difusión a través de la membrana alvéolo-capilar bajo los altos flujos del ejercicio.

Scope

Este tema abarca los determinantes del intercambio gaseoso pulmonar durante el ejercicio: la ventilación alveolar y la ecuación del gas alveolar, la distribución y el acoplamiento de la ventilación y la perfusión, la difusión de oxígeno a través de la barrera hemato-gaseosa y el papel del tiempo de tránsito capilar, y las circunstancias en las que se amplía la diferencia alvéolo-arterial de oxígeno. Se trata de una entrada de referencia y educativa, no de una evaluación clínica del intercambio gaseoso.

Core questions

• ¿Cómo mantiene el pulmón la tensión arterial de oxígeno preservada cuando el flujo sanguíneo pulmonar y la velocidad de los glóbulos rojos aumentan bruscamente?
• ¿Cómo se acoplan la ventilación y la perfusión en todo el pulmón durante el ejercicio?
• ¿Cuándo la difusión a través de la membrana alvéolo-capilar se vuelve limitante?
• ¿Por qué la diferencia alvéolo-arterial de oxígeno puede ampliarse a altas tasas de trabajo?

Key concepts

• Ecuación del gas alveolar
• Acoplamiento ventilación-perfusión (V/Q)
• Diferencia alvéolo-arterial de oxígeno
• Limitación por difusión
• Tiempo de tránsito capilar pulmonar
• Capacidad de difusión del pulmón
• Hipoxemia arterial inducida por el ejercicio

Mechanisms

A medida que el ejercicio se intensifica, el aumento de la ventilación alveolar y una perfusión más uniforme mejoran el acoplamiento general de la ventilación al flujo sanguíneo, mientras que la capacidad de difusión del pulmón aumenta a medida que se reclutan y distienden más capilares pulmonares. La transferencia de oxígeno depende del gradiente de presión a través de la barrera hemato-gaseosa y del tiempo que un glóbulo rojo permanece en el capilar pulmonar; a débitos cardíacos muy altos, este tiempo de tránsito se acorta, y en algunos individuos la equilibración de oxígeno se vuelve incompleta, produciendo limitación por difusión. Junto con un cierto grado de desigualdad ventilación-perfusión, esto puede ampliar la diferencia alvéolo-arterial de oxígeno y, en algunos atletas de alto rendimiento, conducir a una caída medible en la saturación arterial de oxígeno durante el ejercicio intenso (Dempsey 1999). La eficiencia del intercambio gaseoso pulmonar es un eslabón en la vía más amplia de transporte de oxígeno del pulmón al músculo (Wagner 1996), y la dinámica de la captación de oxígeno al inicio del trabajo refleja la rapidez con la que responde este sistema (Whipp 1972).

Clinical relevance

Las medidas del intercambio gaseoso durante el ejercicio, como la diferencia alvéolo-arterial de oxígeno y la saturación arterial de oxígeno, informan la interpretación de las pruebas de esfuerzo cardiopulmonares y el estudio de cómo la enfermedad pulmonar limita el ejercicio. Esta entrada describe la fisiología normal como referencia y no es una guía de diagnóstico o tratamiento.

Evidence & guidelines

La descripción del intercambio gaseoso durante el ejercicio se basa en estudios en humanos que utilizan la técnica de eliminación de gases inertes múltiples y mediciones de gases en sangre arterial, junto con revisiones integradoras y libros de texto de fisiología respiratoria (Dempsey 1999; Wagner 1996; West textbook). La evidencia es mecanicista y observacional.

History

El intercambio gaseoso pulmonar en el ejercicio se clarificó a través del trabajo de mediados a finales del siglo XX sobre la diferencia alvéolo-arterial de oxígeno, la técnica de eliminación de gases inertes múltiples para resolver las distribuciones de ventilación-perfusión, y estudios de limitación por difusión e hipoxemia arterial en sujetos en forma (Wagner 1996; Dempsey 1999).

Debates

¿Por qué la hipoxemia arterial inducida por el ejercicio ocurre en algunos atletas pero no en otros?

Las contribuciones relativas de la limitación por difusión, la desigualdad ventilación-perfusión y la hipoventilación relativa a la caída de la oxigenación arterial observada en algunos individuos en forma durante el ejercicio intenso siguen siendo un tema de discusión activa.

Key figures

• Jerome A. Dempsey
• Peter D. Wagner
• John B. West
• Brian J. Whipp
• Susan R. Hopkins

Seminal works

• dempsey-1999
• wagner-1996

Frequently asked questions

¿Por qué el pulmón suele mantener estables los niveles de oxígeno arterial durante el ejercicio?

El aumento y una ventilación y perfusión más uniformes, el reclutamiento de capilares pulmonares que eleva la capacidad de difusión, y el gran gradiente de presión de oxígeno a través de la membrana permiten conjuntamente que la sangre cargue oxígeno casi por completo incluso a flujos altos.

¿Qué es la hipoxemia arterial inducida por el ejercicio?

Es una caída medible en la saturación arterial de oxígeno durante el ejercicio intenso, observada en algunos atletas altamente entrenados, atribuida a una combinación de limitación por difusión debido a un tiempo de tránsito de glóbulos rojos acortado y cierta desigualdad ventilación-perfusión.