Capacidade de difusão e sua medida

Este capítulo é mais relevante para a Secção F7(iv) do Plano de Estudos Primário do CICM de 2017, que espera que os candidatos ao exame sejam capazes de “definir a capacidade de difusão e sua medida”. Isto surgiu pelo menos uma vez nos trabalhos anteriores do CICM, como um elemento inesperado da resposta à Questão 20 do primeiro trabalho de 2012, que se apresentou como “listar os fatores fisiológicos que afetam a difusão de oxigênio através da membrana alveolar”. Uma tentativa sincera (embora demorada) de explorar esses fatores e fracassar nessa questão, interpretando-a literalmente, pode ser vista no capítulo sobre a difusão de gases através da membrana alveolar. Aqui, ao invés disso, focaremos especificamente na capacidade de difusão, e como ela pode ser determinada.

Em resumo:

É difícil recomendar qualquer artigo sobre isso, já que a maioria deles se concentra num aspecto específico e nenhum parece oferecer uma breve visão geral do tipo que um candidato com pouco tempo pode desejar para o exame. Uma fonte razoável é Hsia (2001). que se inclina um pouco para o lado da mudança induzida pelo exercício na DLCO, e Ayers et al (1975), que é uma discussão sólida (embora datada) sobre as diferentes formas como a DLCO pode ser reduzida patologicamente. Como em todas as coisas relacionadas ao teste da função pulmonar, o excelente PFTBlog é um excelente recurso, particularmente no que diz respeito aos métodos de teste da DLCO.

Definição da capacidade difusora

Embora não tenha sido explicitamente solicitado na pergunta, uma expectativa não escrita dos examinadores da Questão 20 do primeiro trabalho de 2012 era que os estagiários definissem a capacidade difusora no decorrer da listagem dos fatores que afetam a difusão dos gases respiratórios. A partir do comentário dos próprios examinadores da faculdade, a definição para este conceito é:

“A capacidade difusora é definida como o volume de gás que se difundirá através da membrana a cada minuto para uma diferença de pressão parcial de 1mmHg.”

Nunn’s define-a de forma um pouco diferente:

” a propensão de um gás a difundir como resultado de um determinado gradiente de pressão”

Capacidade de difusão = Taxa líquida de transferência de gás / Gradiente de pressão parcial

Esta propriedade é normalmente referida como DL ou DL, e é tipicamente medida em volume de gás, por unidade de pressão, por unidade de tempo; por exemplo, as unidades SI são mmol/min/kPa, e as unidades tradicionais são ml/min/mmHg. Em essência, este parâmetro descreve a facilidade com que os gases podem ser transportados para o sangue capilar alveolar, sendo portanto uma destilação útil de todos os fatores que influenciam a difusão dos gases respiratórios em uma representação numérica.

Para oxigênio, a equação é:

DLO2 = consumo de oxigênio / gradiente de PO2

O consumo de oxigênio é sortido de mensurável, pois é a diferença entre o conteúdo de oxigênio venoso e arterial misturado. Entretanto, o gradiente de PO2 aqui é a diferença entre o PO2 alveolar e o PO2 capilar pulmonar, do qual este último é basicamente impossível de ser medido diretamente. Com várias hipóteses, pode-se adivinhar qual deve ser o PO2 capilar, e realizar alguns cálculos retroativos do gradiente. Por alguma razão estranha, a única fonte que realmente lista esse valor parece ser Gehr et al (1981), que é um capítulo de livro sobre a fisiologia respiratória comparativa dos mamíferos. Lá, junto com a gazela de Thompson e o mangusto anão, pode-se encontrar o valor para humanos, que é relatado como 2,47 ml/mbar/segundo. Um valor mais autoritário (mas ainda não referenciado) relatado pela notação convencional pode ser encontrado no livro didático de ER Weibel de 1984, que dá 20-30ml/min/mmHg.

A capacidade de difusão do dióxido de carbono é ainda mais difícil de rastrear. Nunn’s não dá referências ou mesmo medidas exatas, mas fornece uma linha sobre como ele é 20,5 vezes maior do que a capacidade difusora de oxigênio. Dados de Coelho de Heller et al (1998) relatam um DLCO2 de 14,0 ml/mmHg/min.

Como será demonstrado abaixo destes valores – medidos em indivíduos em repouso – não representam o verdadeiro máximo da capacidade difusora do pulmão. Isto só pode ser revelado pelo exercício extenuante, onde a entrega de sangue ao capilar aumenta significativamente.

Medição da capacidade difusora

Obviamente, o gás que lhe interessa mais o oxigénio, pelo que faria algum sentido lógico medir este gás directamente, mas na realidade, existem várias barreiras práticas. Ou pelo menos, existiam barreiras quando a questão da medição da capacidade difusa tinha surgido pela primeira vez. Basicamente, para medir o DLO2, seria necessário ser capaz de medir com precisão tanto o consumo de oxigénio como o gradiente de pressão parcial. Para o gradiente, você precisaria calcular o oxigênio alveolar (facilmente feito), e então medir o oxigênio arterial (como substituto do oxigênio capilar pulmonar final). Então, “a tensão de O2 e CO2 no sangue arterial tem que ser medida pela técnica do microtonômetro desenvolvido por Riley-uma técnica que requer considerável prática e destreza”, escreveu Dacie em 1957 para quem os eletrodos Clark sensíveis ao oxigênio não estavam disponíveis. Isto não parece ser um grande obstáculo para o intensivista moderno que, em qualquer momento, tem litros de sangue do seu paciente (tanto venoso como arterial) prontos para amostragem, bem como instrumentos precisos para medir o conteúdo de gás. No entanto, historicamente era um grande problema, e continua a haver uma certa relutância em colher amostras da artéria do grupo ambulatorial. Os encaminhamentos de uma pessoa secariam rapidamente depois que as pessoas percebessem o que se planeja fazer com elas.

Assim, o uso de monóxido de carbono tem sido historicamente muito mais popular. Marie e August Krogh inventaram isto pela primeira vez em 1915:

“Assume-se ainda que quando uma pequena proporção de CO é permitida a passar para o sangue, o gás combinará praticamente instantaneamente com a hemoglobina e a pressão de CO no sangue pode ser tomada como 0. Quando, portanto, uma mistura de CO com ar é fechada nos pulmões durante um certo tempo e a queda na percentagem de CO é determinada, a difusão através da parede alveolar pode ser calculada”

Em resumo, obtém-se uma dose não letal e conhecida de monóxido de carbono para inalar. O paciente prende a respiração durante dez segundos, e depois expira-a. Como o monóxido de carbono não tem para onde ir senão para os eritrócitos, qualquer diferença entre as quantidades de CO inaladas e exaladas deve ter-se difundido através da barreira sanguínea de gás e ter-se tornado ligado à hemoglobina. Assim, na equação:

DLCO = Captação de monóxido de carbono / Gradiente de monóxido de carbono

a captação de monóxido de carbono é a diferença “ausente” entre o CO inalado e o exalado, e assume-se que o gradiente está entre a pressão parcial alveolar do CO (que é conhecida, porque você a deu) e a pressão parcial arterial do CO (que é de 0 mmHg, porque sabemos que tudo isso acaba sendo ligado à hemoglobina). Assim, a medida do DLCO pode ser realizada de forma não invasiva.

Existem três métodos principais para a medida do DLCO: o método da respiração única, o método do estado estacionário e o método da re-respiração. O método de respiração única é descrito em detalhes gloriosos pela excelente declaração das normas ERS/ATS (Cotes et al, 1993), da qual o autor “emprestou” liberalmente algumas imagens explicativas. A técnica de re-respiração é explorada em detalhes aqui e o método de estado estacionário aqui. Um conhecimento profundo deste assunto não é (não pode ser) esperado dos candidatos ao exame CICM, e por isso aqui, será suficiente resumi-lo como se segue:

Método de respiração única para medir DLCO

• Um período de tempo de ar na sala de respiração deve idealmente preceder qualquer medição
• Primeiro, o paciente exala ao máximo (até RV)
• O paciente então inala uma mistura gasosa de 0.3% de monóxido de carbono e 10% de hélio
  (o hélio é para a medição do volume alveolar)
• Esta é uma respiração de capacidade vital (ou seja, o hélio é para a medição do volume alveolar)
• Esta é uma respiração de capacidade vital (ou seja até TLC), e seu volume é medido
• O paciente mantém esta respiração por dez segundos
  • Esta manutenção da respiração destina-se a assegurar a distribuição igual do monóxido de carbono para todas as unidades pulmonares, independentemente de sua constante de tempo
  • É importante evitar Valsalva-ing neste ponto, pois pode afetar o volume sanguíneo intratorácico e diminuir falsamente o DLCO.
• O paciente exala então.
  • Os primeiros 0,75 litros são completamente ignorados, pois este é considerado como gás de espaço morto, não representativo do resto.
• Uma amostra de gás é então retirada
  • Volume alveolar total pode ser medido a partir da concentração de hélio expiratório (esta é uma aplicação clássica da técnica de medição da diluição do gás traçador para medir volumes pulmonares)
  • A absorção de monóxido de carbono pode ser determinada a partir da diferença entre as medições de pressão parcial inalada e exalada
  • O gradiente de pressão parcial para o monóxido de carbono pode ser determinado a partir da medição da pressão parcial exalada

Método de respiração DLCO

• Este é praticamente o mesmo que o método de respiração única, excepto que não há respiração a suster.
• O paciente é obrigado a respirar rapidamente (a frequência respiratória recomendada é 30) enquanto respira de um reservatório com uma quantidade e volume de gás conhecidos, contendo 0,3% de monóxido de carbono e 10% de hélio
• A quantidade de gás no saco é normalmente ajustada de modo a ser aproximadamente a mesma do volume corrente do sujeito, ou seja esvazia completamente durante a inspiração
• Após um período de respiração tão rápida, o gás é amostrado
• Cálculo do volume alveolar e absorção de monóxido de carbono pode então ser realizado exatamente da mesma forma que para a respiração única
• Por algum motivo, esta técnica é virtualmente desconhecida na prática clínica, e parece ser usada principalmente em cenários onde se precisa medir o DLCo sem interromper significativamente o padrão respiratório do sujeito, por exemplo. quando se está pedalando loucamente em um ciclo de exercícios.

Método de estado estacionário para medir DLCO

• O sujeito é feito para respirar uma mistura gasosa controlada que contém 0,3% de monóxido de carbono.
• O gás exalado é recolhido num saco
• Após um período de respiração (suficientemente longo para se estabelecer um estado estável) o gás exalado é analisado
• O volume de monóxido de carbono é conhecido, e por isso é fácil calcular a absorção de monóxido de carbono.
• A concentração alveolar de monóxido de carbono pode ser calculada a partir de uma forma modificada da equação do gás alveolar
• Alcançar, esta técnica parece ser virtualmente desconhecida na prática clínica de rotina; sua maior vantagem é a completa falta de confiança em qualquer nível de participação do paciente, tornando-a adequada para uso em sujeitos não cooperativos ou sedados

Fatores que influenciam a capacidade difusora

A equação que descreve este parâmetro é bastante simples, e os fatores que o afetam podem ser divididos em propriedades gasosas e propriedades do sistema respiratório. Um gás com maior capacidade difusiva será capaz de negociar a barreira sangue-gás mais facilmente do que um gás com menor capacidade difusiva, em qualquer gradiente de pressão. Da mesma forma, as propriedades do sistema respiratório podem mudar de forma a aumentar ou diminuir a capacidade difusiva, para o mesmo gás e com o mesmo gradiente de pressão parcial. Das propriedades do sistema respiratório, três fatores principais podem mudar: ou a área da superfície muda, ou a espessura da membrana muda, ou a captação do gás pelos glóbulos vermelhos é de alguma forma alterada. É possível gerar uma lista de pontos memoráveis para descrever esses fatores, para fins de preparação do exame. Assim:

• Fatores que influenciam as propriedades do gás
  • Todos os fatores que influenciam o coeficiente de difusão do gás desempenharão um papel nesse processo, inclusive:
    • A densidade do gás
    • Tamanho das moléculas
    • A temperatura do meio
• Fatores que influenciam a área de superfície de troca de gás
  • Idade (com o aumento da idade, a área de superfície total disponível diminui, independentemente dos outros fatores)
  • Tamanho do corpo: altura influencia o tamanho dos pulmões
  • Volume pulmonar
    • Quanto maior o volume pulmonar, maior a capacidade difusora, i.e. se se estiver a comparar entre indivíduos, deve-se usar uma métrica indexada ao volume alveolar (por exemplo, capacidade difusa por litro de volume alveolar)
    • A totalidade do que afecta o volume pulmonar é, portanto, uma fonte potencial de erro, por exemplo, doença pulmonar, postura, obesidade, gravidez, etc.
  • Factores que alteram as características de ventilação-perfusão:
    • Shunt: não ocorre nenhuma difusão
    • Espaço morto: não ocorre nenhuma difusão
    • Dispersão V/Q: não ocorre difusão incompleta ineficiente
• Factores que influenciam as características da membrana
  • Este é basicamente o estado da doença que aumenta a espessura da barreira sangue-gás, que inclui:
    • EDema pulmonar
    • Doença pulmonar intersticial, por exemplo. fibrose pulmonar
  • Estritamente falando, deve-se incluir aqui a viscosidade do meio (ou seja, do citosol, membrana basal e plasma capilar). No entanto, estes são praticamente elementos estáveis que podem ser ignorados.
• Factores que influenciam a absorção de eritrócitos
  • A afinidade da hemoglobina para o oxigénio
  • Concentração de hemoglobina
  • Da saída cardíaca (na medida em que afecta o tempo de trânsito capilar
• Fontes de erro
  • Perda de monóxido de carbono para hemoglobina alveolar extravascular, por exemplo. no contexto da hemorragia alveolar devido à síndrome de Goodpasture
  • Presença de monóxido de carbono “caseiro”, devido ao tabagismo ou à degradação extensiva da hemoglobina (por exemplo. hemólise intravascular) que poderia limitar a absorção de CO
  • Competição entre CO e oxigénio (se o paciente tivesse respirado previamente 100% de FiO2, por exemplo)
  • Concentração de hemoglobina, quando baixa, pode diminuir falsamente a medida da DLCO, embora o desempenho do complexo alveolar/capilar permaneça completamente saudável

Se se olhar com atenção suficiente, Pode-se detectar que esta lista é praticamente idêntica à lista de fatores que influenciam a difusão de gases através da membrana alveolar, com a notável exceção do gradiente de pressão parcial (que é incorporado na definição de capacidade difusiva) e os vários fatores relacionados ao erro de medição.

Mudança da capacidade difusora com exercício

A discussão de qualquer capacidade difusora de repouso é um termo errôneo porque se refere a um sistema sem estresse, que na verdade tem uma capacidade de difusão muito maior. De fato, com exercício vigoroso, o DLO2 aumenta de 20-30 ml/min/mmHg para algo próximo de 100-120 ml/min/mmHg, que é a capacidade “real” de difusão. Este aumento é porque a taxa de absorção de oxigênio na equação (DLO2 = absorção de oxigênio / gradiente de PO2) aumenta significativamente. Não é preciso um grande esforço de imaginação para explicar por que isso pode acontecer. Considere: o volume minuto aumenta, não só por causa do aumento da frequência respiratória mas também por causa do aumento do volume corrente. Com o aumento do volume pulmonar, a área total de troca de gases alveolares é aumentada. Além disso, o débito cardíaco é aumentado. Com isso, a entrega de sangue para os capilares pulmonares é aumentada. Isto muda a distribuição V/Q, já que mais capilares são recrutados em regiões pulmonares que anteriormente eram “verdadeiros” espaços mortos ou tinham um V/Q muito maior que 1,0. Para resumir isto de uma forma palatável:

Com exercício, ambos os elementos principais que afetam a capacidade de difusão são alterados:

• A absorção de oxigênio nos capilares pulmonares aumenta porque:
  • Aumento da área de superfície (maiores volumes correntes)
  • Aumento do fluxo sanguíneo pulmonar (aumento do débito cardíaco)
  • Acomparação V/Q melhora (áreas de alta ventilação recebem maior fluxo sanguíneo, e são recrutados leitos capilares dormentes)
• O gradiente parcial de pressão nos capilares pulmonares aumenta porque
  • A razão de extração de oxigênio aumenta, diminuindo o PO2 da mistura venosa
  • A ventilação por minuto aumentada diminui o PCO2 alveolar (aumentando assim o PO2 alveolar), todas as outras coisas permanecem iguais)
  • A libertação de hemoglobina na superfície absorvente actua como um tanque de oxigénio e mantém uma pressão parcial capilar baixa

Quanto é de esperar um aumento de DLO2? A resposta universitária à pergunta 20 do primeiro artigo de 2012 aborda esta questão numa observação críptica, “…a ventilação alveolar aumenta e há uma melhor combinação de aumentos de ventilação e perfusão de 21ml/min/mmHg até 65ml/min/mmHg”.
Presumivelmente, os valores citados na última metade deste ditado do obiter referem-se a mudanças no DLCO, e são derivados de algum lugar respeitável, mas quem sabe onde isso está. Geralmente se espera que eles venham de um livro didático, e os valores do livro didático geralmente vêm de estudos realizados nos anos 60. Sem saber especificamente que fonte medieval os examinadores tinham em mente, a busca por referências substantivas revisadas por pares é essencialmente a mesma que atirar dardos à literatura. Por exemplo, uma pequena pesquisa resulta num estudo de Turino et al (1963), cujos voluntários saudáveis obtiveram valores de DLCO em repouso, variando de 18 a 22, e valores de exercício físico variando de 55 a 64 ml/min/mmHg. Isto parece aproximadamente correto e, de qualquer forma, não se pode conceber um universo onde ter ou não ter os números exatos aqui seria o fator decisivo no desempenho de um exame.