INTRODUCCIÓN

La lesión pulmonar inducida por ventilación mecánica (LPVM) ha exhibido una trayectoria histórica rica y expedita. Los primordios de este concepto se plantearon por primera vez en el año 1967—apenas 3 años luego de la primera descripción del síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA)—por Mead y cols.¹, quienes sugirieron que las fuerzas que actúan sobre el parénquima pulmonar pueden ser mucho mayores a las aplicadas a la vía aérea, y que la aplicación de estas presiones transpulmonares (PT) elevadas a tejidos en un estado heterogéneo de expansión podría contribuir al desarrollo de hemorragia pulmonar y otras lesiones. La capacidad de la ventilación mecánica (VM) de causar lesión pulmonar fue confirmada subsecuentemente en modelos animales por Tierney y Webb en 1974². En 1990, Parker y cols.³ fueron los primeros en precisar mecanismos específicos para la LPVM, señalando el incremento de la presión microvascular pulmonar causada por el alto volumen de ventilación y cambios cuantitativos y cualitativos en el surfactante. Desde entonces, el estudio de esta área ha evolucionado a pasos agigantados, y actualmente se contemplan aspectos en un espectro amplio, incluyendo trauma inducido por presión, volumen, atelectasia, fuerzas de cizallamiento, edema, inflamación local y sistémica, y varios otros factores⁴.

Hasta la actualidad, la LPVM continúa como punto interés en la práctica diaria de los cuidados intensivos. No obstante, las dificultades propias para su definición y detección, además del carácter dinámico del balance daño/beneficio de la VM ante requerimientos variables de VM según variaciones en la evolución de la severidad de la patología pulmonar subyacente limitan la caracterización de la epidemiología de la LPVM⁵. Por lo tanto, para la evaluación epidemiológica de la LPVM se ha utilizado como surrogado el barotrauma, el cual, aunque posee una definición clínica y radiológica concreta, no necesariamente se correlaciona directamente con la LPVM, y puede ser originada por otras causas variadas⁶. Considerando estos aspectos, la incidencia de LPVM se ha estimado en aproximadamente 5-15% en la mayoría de las series de casos de pacientes con SDRA o lesión pulmonar aguda (LPA), aunque algunos reportes ascienden hasta 50%⁷.

Debido a que aproximadamente 64% de los pacientes ingresados en unidades de cuidados intensivos (UCI) requieren VM durante al menos 24 horas⁸, la prevención de la LPVM es un objetivo prioritario en este ámbito. La mortalidad asociada al SDRA ha disminuido de manera masiva en los últimos años, con proporciones de 90% en la década de 1970 hasta alrededor de 30% en reportes actuales⁹. Esto ha sido promovido sustancialmente por la reducción del volumen corriente (VC) seleccionado para los pacientes que reciben VM, lo cual se ha vinculado de manera independiente con mayor probabilidad de supervivencia¹⁰. Estos avances han nacido en gran medida a partir de la profundización de los conocimientos de la etiopatogenia de estas entidades. Por lo tanto, en este artículo se explora la fisiopatología de la LPVM con un enfoque integrador.

Mecanismos clásicos postulados para la lesión pulmonar inducida por ventilación mecánica

La comprensión de la etiopatogenia de la LPVM exige el conocimiento de los fenómenos subyacentes al SDRA, entre los cuales resalta la tétrada de incremento de la permeabilidad capilar pulmonar, desactivación del surfactante, edema alveolar y disrupción de la mecánica alveolar debido a los cambios dinámicos en el tamaño y forma alveolar que ocurren con cada ciclo respiratorio¹¹. En conjunto, estas alteraciones conllevan a una pérdida significativa de capacidad residual funcional (CRF) debido a un patrón heterogéneo de colapso e inestabilidad pulmonar⁴. Se propone que el eje central del desarrollo de la LPVM sea la ventilación del pulmón inestable con bajo volumen pulmonar, donde el incremento del VC sin estabilización de la CRF resulta en expansión del total de tejido pulmonar funcional expuesto a lesión por reclutamiento intermitente determinado por la VM¹². En este contexto, los cuatro mecanismos clásicamente descritos que confluyen hacia este estado de LPVM son el barotrauma, volutrauma, biotrauma y atelectrauma¹³.

El barotrauma y el volutrauma son conceptos estrechamente relacionados que describen la lesión pulmonar mediada por alta presión durante la insuflación y aquella mediada por sobredistensión¹⁴. Estos fenómenos son determinados esencialmente debido a una elevación de la PT, definida como la diferencia entre la presión en las vías aéreas (PA) y la presión pleural (PP); independientemente de si la primera es positiva, como ocurre en la VM, o negativa, como en la respiración espontánea normal¹⁵. Las fallas en la consideración de la PT al calibrar la VM para un paciente dado pueden resultar en errores en la estimación del riesgo de LPVM. Por ejemplo, en individuos con obesidad severa, la PA elevada podría reflejar alta PP —con baja PT— y no necesariamente ser un indicador de sobredistensión alveolar¹⁶. En el extremo opuesto, un paciente críticamente enfermo con SDRA que muestre actividad espontánea forzada de los músculos inspiratorios podría exhibir PA baja con alta PP, y fluctuaciones en la PT, resultando en alto VC, y por ende predisponiendo a la aparición de barotrauma y volutrauma¹⁷.

Adicionalmente, se ha observado que la lesión del tejido pulmonar es mayor cuando es expuesta a distensión cíclica que a distensión tónica sostenida con la misma fuerza, constatado en modelos in vitro y en animales¹⁸. Extrapolando estos hallazgos a los humanos, se ha propuesto que ante el incremento de la PA como ocurre en la VM, la reducción del VC y no de la PEEP (presión pulmonar al final de la espiración) podría ofrecer mayor protección pulmonar. Esto se ha atribuido a que el VC contribuye a deformaciones tisulares repetitivas intermitentes, mientras que la PEEP favorece una deformación tónica menos lesiva¹⁹. Estos eventos mecánicos se han correlacionado con cambios celulares y bioquímicos en las células alveolares. La deformación asociada con la distensión celular induce un tráfico rápido de lípidos hacia la membrana celular, destinados a la prevención o reparación de rupturas en la misma. Cuando estos mecanismos son superados, ocurre desprendimiento de los neumocitos de la membrana basal y rotura de las uniones intercelulares, desarrollo de bulas intracapilares, y edema alveolar e intersticial.

Por su parte, el atelectrauma consiste en la lesión causada por las fuerzas de cizallamiento presentes en la apertura y colapso cíclicos de unidades pulmonares (UP) atelectásicas pero reclutables²⁰. Esto es mediado por la formación y destrucción repetida de burbujas de espuma en la interfaz gas-líquido en los alveolos edematosos, lo cual deteriora la estructura microcelular, resultando en lesión pulmonar²¹. La reducción del VC en la VM podría disminuir el impacto del atelectrauma, puesto con menor PA, se limita la probabilidad de exceder la presión crítica de apertura de las UP colapsadas²². Finalmente, el biotrauma engloba las lesiones pulmonares y extrapulmonares añadidas mediadas por la respuesta inflamatoria disparada por los fenómenos lesivos mecánicos²³. A nivel local, la respuesta inflamatoria exacerba los procesos de destrucción de la microestructura y promueve el edema alveolar e intersticial mediante la desregulación de la permeabilidad capilar y el reclutamiento de células inflamatorias²⁴. Además, el biotrauma puede propulsar el desarrollo de falla multiorgánica, puesto que la afectación pulmonar puede propagar la respuesta inflamatoria rápidamente. Esto se debe no sólo a la extensa superficie epitelial del pulmón adulto, que se ubica entre 700-900 pies y amplifica la respuesta inflamatoria; sino también al rol central del pulmón en la circulación, debido al cual los mediadores inflamatorios producidos localmente alcanza rápidamente sitios distantes²⁵.

Disfunción mecánica regional en la lesión pulmonar inducida por ventilación mecánica

Más allá de los cuatro mecanismos clásicos para la LPVM, más recientemente se ha enfatizado el rol de la disfunción mecánica regional en este escenario. En el SDRA tiende a encontrarse un patrón heterogéneo con parches de áreas pulmonares bien aireadas o colapsadas en la región ventral, y atelectasia densa en la región dorsal en los pacientes que descansan en posición supina²⁶. Esta disposición favorece el desarrollo de LPVM, puesto que los alvéolos adyacentes son mecánicamente interdependientes. El colapso o edema de una UP induce deformación de otras unidades vecinas a medida que el septo interalveolar se proyecta hacia el interior de la UP atelectásica o edematosa. Esto condiciona que los alvéolos circundantes sean sujetos a mayores fuerzas de cizallamiento debido a que será insuflada de manera no uniforme²⁷. El efecto de la disfunción mecánica regional se ha constatado en humanos, con hallazgos de mayor infiltración por neutrófilos en las áreas con lesiones de este tipo²⁸. El estrés mecánico también desencadena fallas críticas en la regulación del tono y permeabilidad vascular, donde es especialmente prominente el incremento del flujo sanguíneo, que añade fuerzas de cizallamiento a las ya pre-establecidas en este escenario²⁹. El flujo sanguíneo aumentado además potencia la los mecanismos subyacentes a la producción de inflamación local y edema alveolar³⁰.

La heterogeneidad en el parénquima pulmonar se ha correlacionado directamente con el riesgo de mortalidad en los pacientes con SDRA³¹. La prevención o corrección de este patrón a través del posicionamiento prono y el uso de PEEP podría reducir la incidencia de LPVM, disminuyendo las fluctuaciones en el reclutamiento de UP y redistribuyendo el líquido edematoso en los alvéolos hacia el espacio intersticial³². En el SDRA, puede ocurrir que el volumen de pulmón aireado —y no atelectásico ni edematoso— disponible para el intercambio gaseoso y la insuflación mecánica se vea marcadamente reducido. A esta condición se le ha denominado “baby lung” (BL)³³. Este es un estado dinámico marcado por intensa inflamación y disfunción de las áreas aireadas. En el BL, la capacidad inspiratoria se relaciona con la distensión pulmonar al final de la inspiración durante la VM, lo cual sugiere que se requieren menores niveles de VC en este estado³⁴. Se han probado estrategias de prevención de la LPVM mediante la calibración del VC según el tamaño estimado del BL y no del pulmón adulto saludable. Aunque han retornado resultados favorables en estudios fisiológicos experimentales, su utilidad clínica aún no ha sido examinada³⁵.

La persistencia de este patrón mecánico disfuncional exacerba los problemas relacionados con la sobredistensión repetitiva previamente mencionados. Además, la provisión de VC elevado de manera sostenida con cada ciclo respiratorio se ha asociado con empeoramiento de la LPVM y mayor mortalidad³⁶. En contraste, las respiraciones de alto volumen ocasionales pueden ejercer un efecto protector, en tanto previenen la pérdida del reclutamiento de UP e incrementan la homogeneidad de ventilación y funcionalidad pulmonar¹⁷. Con el objetivo de explotar estas ventajas, se ha propuesto la estrategia de “hipercapnia permisiva”, donde se mantiene un VC bajo y se limita la frecuencia respiratoria para reducir el estrés repetitivo³⁷. Esta hipercapnia induciría varios fenómenos biológicos que podrían ser beneficiosos en este contexto como disminución de la migración de células alveolares, promoción de la reparación de las membranas celulares, promoción de la endocitosis del líquido edematoso y disrupción de la señalización por mediadores pro-inflamatorios como TNF-α, IL-1, IL-6 e IL-8. Potencialmente, esto podría restringir la influencia del biotrauma en el desarrollo de LPVM³⁸. La alternativa de la hipercapnia permisiva se ha probado con éxito en modelos in vivo de LPVM en distintas condiciones clínicas³⁹; sin embargo, aún está pendiente su evaluación clínica a profundidad.

Conclusiones

Con el entendimiento creciente de la fisiopatología de la LPVM, se esclarece el camino hacia el desarrollo e implementación de nuevas estrategias preventivas. Los conocimientos actuales orientan hacia la ideación de alternativas que persigan la reducción del volutrauma, barotrauma, atelectrauma y biotrauma, con atención a los efectos de la disfunción mecánica heterogénea en el tejido alveolar. Debido al rol importante del sistema inmunitario como amplificador de los procesos lesivos a través de la inflamación, estas nuevas estrategias podrían ser especialmente útiles en pacientes con condiciones sistémicas que involucren inflamación marcada.

La ubicuidad de la VM y la elevada frecuencia de SDRA y LPVM en el trabajo cotidiano en las UCI aseguran que estos puntos permanecerán como objetos de investigación centrales en estas disciplinas. En concatenación con los avances en terapéutica y biotecnología, se esperan avances importantes hacia la prevención de la LPVM en el futuro cercano.

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Notas de autor

angelitapazmirod@gmail.com