Volúmenes y capacidades pulmonares

La principal función de los pulmones es el intercambio de gases, introduciendo oxígeno en el cuerpo y eliminando el dióxido de carbono.

Normalmente, durante la inhalación, el diafragma se contrae para tirar hacia abajo, y los músculos del pecho se contraen para abrir el pecho y aspirar el aire como una aspiradora; después, durante la exhalación, los músculos se relajan, lo que permite que los pulmones recuperen su tamaño normal mientras empujan el aire al exterior.

Es posible utilizar un espirómetro para medir el volumen de aire que entra y sale de los pulmones con cada respiración mediante un instrumento llamado espirómetro; la prueba se denomina espirometría.

Aunque en la actualidad existen espirómetros electrónicos más sofisticados, un ejemplo clásico es una cámara de aire sumergida en agua en la que la persona puede respirar.

Al inspirar el aire, la cámara se mueve en sentido descendente en el agua, movimiento durante el cual se desplaza un lápiz trazador; al exhalar, la cámara asciende y el lápiz se desplaza hacia abajo.

Así pues, si se trata de una mujer adulta sana, al respirar el espirómetro describe en el papel un trazo ondulado.

El gráfico que se obtiene muestra el volumen de aire en el eje vertical y el tiempo en el horizontal.

Durante una respiración normal y tranquila, el volumen de aire que entra y sale con cada respiración está representado por la altura de la onda y se denomina volumen corriente; suele ser de unos 0,5 l o 500 ml.

Después de algunos ciclos, puede pedirse a la mujer que inhale el máximo volumen de aire que pueda, y que luego exhale el máximo volumen de aire de que sea capaz.

El volumen de aire que inhala al máximo por encima del volumen corriente se conoce como volumen de reserva inspiratorio, y suele ser de unos 3 litros.

Se trata de una especie de capacidad de reserva masiva que no se suele utilizar, pero que puede ser necesaria en una situación específica, como si se va a bucear en el océano.

Del mismo modo, el volumen de reserva espiratorio es el volumen de aire que exhala al máximo por debajo del volumen corriente, y suele ser de unos 1,2 litros.

Ahora bien, incluso después de intentar exhalar todo el aire de los pulmones, todavía queda algo de aire en estos órganos, el llamado volumen residual, que suele ser también de unos 1,2 litros.

Combinando el volumen de reserva espiratorio y el volumen residual se obtiene la capacidad residual funcional, que sería de unos 2,4 litros.

Del mismo modo, la combinación de los resultados del volumen corriente y del volumen de reserva inspiratorio establece la capacidad inspiratoria, que es de 0,5 litros más 3 litros, es decir, unos 3,5 litros.

Si se da un paso más y se incluye también el volumen de reserva espiratorio, se obtiene la capacidad vital, de unos 4,7 l, que es el volumen de aire que se puede exhalar tras una inspiración máxima, es decir, inspirar hasta el final y exhalar hasta el final.

Por último, sumando la capacidad vital y el volumen residual se obtiene la capacidad pulmonar total, que es el volumen total de aire que pueden contener los pulmones, y que suma 4,7 litros más 1,2 litros, lo que, basándonos en lo anterior, supone 5,9, casi 6 l.

Como nota final, hay que tener en cuenta que todos los volúmenes pulmonares que acabamos de calcular se consideran volúmenes pulmonares estáticos y no dinámicos, porque no consideran la velocidad de entrada y salida del aire de los pulmones.

Ahora bien, aunque conociera el volumen residual medio de 1,2 l usando el espirómetro de la forma en que está configurado, no sería posible de averiguar en la práctica, ya que es la cantidad de aire que una persona no puede exhalar incluso cuando lo intenta.

No obstante, es posible medirlo mediante el llamado método de dilución de helio.

Para ello, se coloca una concentración conocida de helio en el espirómetro para respirar (que se puede escribir como "C-anterior") y también se conoce el volumen del espirómetro, denotado como "V-espirómetro"".

Así que para encontrar la masa total de helio, M, solo hay que multiplicar la concentración por el volumen o (C-anterior x V-espirómetro), ya que las unidades son mg/ml por ml, lo que equivale a mg.

A continuación, se pide a la persona que respire el aire mezclado con helio.

El helio es insoluble en la sangre y en el tejido pulmonar, por lo que permanece en los pulmones y, en unos pocos ciclos de respiración, se redistribuye por igual entre el espirómetro y los pulmones.

En ese momento se pide a la persona que exhale con normalidad, con lo cual el volumen de aire en los pulmones equivale a la capacidad residual funcional.

Llamemos CRF a esta capacidad, y de nuevo se mide el volumen en el espirómetro.

Sin tener en cuenta el pequeño volumen de la tráquea, el volumen total remanente debe ser el del espirómetro más la CRF.

En este momento, la concentración de helio en el aire que ahora se ha equilibrado entre los pulmones y el espirómetro puede llamarse C-posterior.

Así, al igual que en el primer sistema, se puede tomar la concentración C-posterior multiplicada por el nuevo volumen, o V-posterior, y obtener la cantidad total de helio.

Como en realidad no cambiamos la cantidad de helio en el sistema, M-helio tiene el mismo valor que al principio y, por lo tanto, estas dos ecuaciones se pueden combinar para ser C-anterior por V-espirómetro es igual a C-después por la suma de V-espirómetro y CRF.