Envejecimiento del Sistema Respiratorio

Aging of the Respiratory System

José Mauricio Ocampo, MD*, Carlos Darío Aguilar, MD**, José Fernando Gómez, MD***
*Médico Especialista en Medicina Familiar. Residente de Geriatría Clínica.
Programa de Investigaciones en Gerontología y Geriatría. Universidad de Caldas. Manizales.
**Médico Neumólogo. Docente. Universidad de Caldas. Manizales.
*** Médico Internista y Geriatra. Coordinador. Programa de Investigaciones en Gerontología y Geriatría. Universidad de Caldas. Manizales.
Corrección de texto: Claudia Liliana Agudelo. Lingüista. Universidad de Caldas.
Correspondencia: Dr. José Mauricio Ocampo. Especialista en Medicina Familiar,
Residente Geriatría Clínica. Programa de Investigaciones en Gerontología y Geriatría.
Facultad de Ciencias para la Salud. Universidad de Caldas. Manizales (Colombia). E-mail: jmocampo2000@yahoo.com.ar

Resumen

El envejecimiento fisiológico de los pulmones está asociado con dilatación de los alvéolos, aumento en el tamaño de los espacios aéreos, disminución de la superficie del intercambio gaseoso y pérdida del tejido de sostén de las vías aéreas. Estos cambios producen una disminución en el retroceso elástico del pulmón, con incremento en el volumen y capacidad residual funcional. La distensibilidad de la caja torácica disminuye lo que incrementa el trabajo respiratorio cuando se compara con personas jóvenes. Con la edad la fuerza de los músculos respiratorios también se disminuye, lo cual se ha asociado con el estado nutricional y la función cardíaca. Los flujos respiratorios disminuyen alterando de forma característica las curvas de flujo-volumen sugiriendo enfermedad de pequeñas vías. La DLCO se disminuye con la edad lo que es debido a alteraciones en los componentes de la membrana alveolo-capilar y de la superficie del área alveolar. A pesar de estos cambios el sistema respiratorio, conserva su capacidad de mantener un adecuado intercambio gaseoso en reposo y ejercicio durante el transcurso de la vida, sólo con una leve disminución de la PaO2 y sin un cambio significativo de la PaCO2 . El envejecimiento disminuye la reserva respiratoria durante estados de enfermedad aguda. La disminución en la sensibilidad de los centros respiratorios a la hipoxia o hipercapnia altera la respuesta ventilatoria en casos de falla cardíaca descompensada, infección o exacerbación de EPOC.

Palabras clave: envejecimiento, sistema respiratorio.

Abstract       

Physiologic aging of lungs is associated with alveoli dilatation, increasing size of aerial spaces, reduction of surface for gaseous exchange and loss of airways supportive connective tissue. These changes entail a decrease of the lung elastic backward with increasing of volume and functional residual capacity. Diminished distensibility of chest increases respiratory work when compared with youngers. With age, respiratory muscle force also decreases and it has been linked to nutritional status and cardiac function. Respiratory flows shrink, altering characteristically the flow-volume curves charts, suggesting small airways disease. DLCO decreases with age due to alteration of the alveolus-capillary membrane and alveolar surface area. In spite of these changes, respiratory system keeps its capacity to sustain a proper gaseous exchange during rest or exercise through a lifetime with just a slight decrease of the PaO2 and without a significant change in the PaCO2. Aging diminish respiratory reserve during acute disease. Lowering of sensitivity of respiratory centers to hypoxia or hypercapnia alters the ventilatory response in cases of decompensate cardiac failure, infection, or chronic obstructive pulmonary disease exacerbation.

Key words: aging, respiratory system.

Introducción

La mayoría del personal de salud está familiarizado con las enfermedades más comunes y prevalentes que se presentan en la población geriátrica, pero pocos son conocedores de los cambios fisiológicos normales asociados con el envejecimiento, los cuales pueden determinar la presencia o ausencia de síntomas, el nivel de funcionamiento y el resultado de exámenes diagnósticos aparentemente anormales (1).

El aparato respiratorio se encuentra expuesto de forma constante a contaminantes y agresores del medio ambiente; a pesar de la función de barrera que ejerce la vía aérea superior, hay una alta predisposición a presentar patologías transmisibles y ocupacionales. Debido a lo anterior, un sistema que está expuesto por seis o más décadas a un gran número de contaminantes y tóxicos ambientales, puede presentar grandes cambios a nivel estructural y funcional que hacen difícil la diferenciación entre envejecimiento pulmonar normal y patológico (2). Igual en ausencia de enfermedad, el grupo de ancianos es una población más heterogénea que la del grupo de jóvenes, como lo describió Bernard Isaacs: “Lo único que se incrementa con el envejecimiento es la variabilidad” (3), lo que contribuye a que sea difícil establecer un límite entre lo normal y lo patológico en la edad avanzada.

La mayoría del conocimiento que existe a nivel del envejecimiento pulmonar proviene de estudios anatómicos realizados entre los años 1950 a 1960. Sin embargo, una mejor comprensión de este proceso reviste gran importancia en la medida que permitirá una mayor interpretación y comprensión del impacto de enfermedades que se presentan con mayor frecuencia en este grupo de población como son las infecciones del tracto respiratorio y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) (4).

La razón principal para definir los cambios normales del sistema respiratorio asociados con el envejecimiento, aquellos que se presentan después del desarrollo normal en ausencia de una enfermedad establecida o exposición a tóxicos, es la interpretación adecuada de síntomas, signos y estudios diagnósticos en ancianos para evitar intentos inapropiados de medicalizar fenómenos normales (5,6).

Las principales características del envejecimiento del sistema respiratorio reflejan cambios anatómicos y estructurales a nivel de: el retroceso elástico pulmonar, la distensibilidad de la pared torácica y la fuerza de los músculos respiratorios (7). Muchos de los cambios funcionales asociados con la edad están relacionados con estos tres fenómenos. La presente revisión describe los cambios relacionados con el envejecimiento a nivel estructural y funcional del sistema respiratorio, sus posibles factores etiológicos, efectos a nivel de la mecánica respiratoria y del intercambio de gases y sus consecuencias a nivel clínico.

Cambios A Nivel Estructural

Celular

A nivel celular no se ha encontrado evidencia que demuestre cambios en el número o función de los neumocitos tipo II, como tampoco en la cantidad o calidad del surfactante que producen (8). Aunque sí se han documentado cambios en la población de células y componentes del líquido del lavado broncoalveolar (LBA). En el estudio observacional realizado por Thompson et al. llevado a cabo en personas con espirometría normal, se encontraron diferencias relacionadas con la edad en las células del LBA, que reflejan cambios en el revestimiento epitelial de los pulmones. El grupo de ancianos (promedio edad: 74 años y rango 70-80 años) tuvo un porcentaje mayor de neutrófilos (40% vs. 10%, p<0.005) y bajo porcentaje de macrófagos (32% vs. 67%, p<0.0001) al comparar con el grupo de personas jóvenes (promedio edad: 27 años y rango 19-34 años) (9). La significancia a nivel clínico de estas diferencias en la población celular a nivel pulmonar podría explicar el alto riesgo que tienen los ancianos de presentar infecciones del tracto respiratorio inferior.

Anatómicos

Durante las dos primeras décadas de la vida los pulmones están en fase de crecimiento y maduración. El máximo número de alvéolos se obtiene entre los 10 a 12 años de edad; posteriormente, empieza la maduración del sistema respiratorio la cual se acelera hasta alcanzar su función máxima, que se obtiene alrededor de los 20 años en las mujeres y a los 25 años en los hombres. El pulmón humano tiene cerca de 300 millones de alvéolos, cuyo número no se disminuye con el envejecimiento; sin embargo, la geometría pulmonar en esta zona se distorsiona en parte por los cambios en la forma de los alvéolos, los que tienden a dilatarse y aplanarse (10). El aplanamiento de la superficie interna del alvéolo está asociado con una disminución en la superficie alveolar (75 m2 a los 30 años de edad y 60 m2 a los 70 años de edad, una reducción de 0.27 m2 por año) (11). De forma consistente, estudios morfológicos han encontrado un aumento en el promedio de la distancia entre las paredes y una disminución en el área de superficie de la vía aérea por unidad de volumen pulmonar, la cual se inicia alrededor de la tercera década de vida (8). En la Figura 1 se comparan los cambios histológicos entre el pulmón de un paciente joven y un anciano.

El término “Enfisema Senil”, acuñado en la literatura médica desde el siglo XX (12,13), fue usado para describir los cambios en la forma y distensibilidad del tórax (14), y el aumento del tamaño del espacio aéreo con el edad (15). Las influencias del tabaquismo, enfermedad ocupacional y la contaminación ambiental sobre la histología del pulmón no fueron consideradas cuando se atribuyeron estos cambios al envejecimiento normal. El término enfisema senil fue abandonado debido a que el diámetro normal del espacio aéreo de acuerdo con la edad no ha sido definido, como tampoco la falta de relación entre la histología enfisematosa presente en los pulmones envejecidos con la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (16).

Un hallazgo que se encuentra con frecuencia en la mayoría de los ancianos es el cambio en la forma del tórax, el cual es producido por fracturas vertebrales parciales o completas asociadas con osteoporosis, calcificación de los cartílagos costales y cambios degenerativos a nivel de las articulaciones costo-vertebrales, que aumentan la cifosis dorsal y el diámetro antero-posterior del tórax originando el conocido tórax en tonel (11). Estos cambios de la pared torácica no sólo alteran su distensibilidad sino también la curvatura del diafragma, lo que tiene un efecto negativo en su capacidad para generar fuerza (17).

Cortesía Dr. Guillermo López Guarnizo, Patólogo, Universidad de Caldas.

Figura 1. Pulmón de adulto joven, panel superior (a, c, e) teñido con hematoxilina-eosina (10X), tejido elástico (Verhoeff) (40X) y colágeno (tricrómico) (40X) respectivamente; mostrando dilatación normal de los duelos alveolares y distribución normal de tejido elástico y colágeno.

Pulmón de anciano, panel inferior (b, d, f) con iguales coloraciones donde se aprecia dilatación de los ductos alveolares, tejido elástico
disminuido e incremento del colágeno a nivel intersticial.

Cambios A Nivel Funcional

Hay una compleja interrelación de cambios que se presentan a nivel pulmonar y en la mecánica de la pared torácica, los cuales contribuyen a que se altere la función muscular, los volúmenes pulmonares, las tasas de flujo ventilatorio y el control de la respiración.

Función muscular

Para vencer las resistencias ofrecidas por el pulmón, las paredes del tórax y del abdomen, los músculos respiratorios deben realizar un trabajo mecánico, durante el cual consumen una gran cantidad de oxígeno (O2) proporcional a la magnitud del trabajo realizado. Al analizar la reserva ventilatoria es importante mencionar que el trabajo ventilatorio es ineficiente debido al gran consumo de energía que hace. En condiciones de reposo, el 90% de la energía se utiliza para que los músculos de la respiración puedan realizar su metabolismo y sólo el 10% restante es utilizado para transportar O2 y bióxido de carbono (CO2) a través del espacio aéreo (18). En situaciones de estrés en las que se requiere un aumento en la ventilación, el O2 adicional que se obtiene termina siendo utilizado por los músculos de la respiración, lo cual hace que ancianos con una baja reserva funcional pulmonar o una enfermedad pulmonar crónica de base estén en un alto riesgo de desarrollar falla respiratoria aguda cuando se les superpone un evento estresante que incrementa las demandas metabólicas y ventilatorias, como son los procesos infecciosos a nivel tracto respiratorio (11) y la insuficiencia ventricular izquierda (19).

Con el envejecimiento se presentan cambios a nivel de los músculos esqueléticos, en parte producidos por algún grado de sarcopenia que probablemente afecta también la función de los músculos esqueléticos respiratorios. La sarcopenia hace referencia a la pérdida de la masa muscular por debajo de un umbral crítico que puede llevar al anciano a discapacidad física (20); está dada por el menor número de células en los órganos y la falta de uso en el tejido muscular estriado. A los 70 años el músculo esquelético ha perdido el 40% de su peso máximo obtenido en la edad adulta, comparado con el 18% para el hígado, 11% para el pulmón y 9% para el riñón (21). Esta situación es más dramática después de los 80 años y parece ser la razón por la cual se aumenta la vulnerabilidad en este grupo poblacional puesto que la sarcopenia influencia, en forma notable, la disminución de fuerza y movilidad y contribuye a la fragilidad (22).

Los principales determinantes en la disminución de la fuerza muscular asociados con la edad son: la disminución en la masa muscular, disminución en el número de fibras musculares especialmente las tipo II (contracción rápida) y las unidades motoras, alteraciones en las uniones neuro-musculares y pérdida de las neuronas motoras periféricas con denervación selectiva de las fibras tipo II (23). Otros factores a tener en cuenta que se han relacionado con la capacidad para generar fuerza por los músculos respiratorios son el estado nutricional (24) y la presencia de diferentes patologías, entre las cuales se tienen: insuficiencia cardíaca (25), enfermedad de Parkinson (26) y secuelas de enfermedad cerebrovascular (27).

La mayoría de las investigaciones que se han realizado para determinar los cambios que trae el envejecimiento humano sobre los músculos de la respiración han medido la presión inspiratoria máxima (PIM) y la presión espiratoria máxima (PEM), lo que ha hecho difícil precisar los cambios asociados con el envejecimiento de músculos respiratorios específicos, debido a que los cambios producidos, se dan de forma simultánea en las propiedades del pulmón, en la pared torácica, como también en la interdependencia que tienen los diferentes grupos musculares (28). La PIM disminuye en forma linear, mientras que la PEM lo hace en forma curvilínea entre las edades de 20 a 65 años en un valor cercano al 15% (29). Al estudiar de forma especifica al diafragma, que es el principal músculo de la respiración, se encontró que su función contráctil disminuyó en forma significativa aproximadamente en un 25%. Los cambios presentados durante el envejecimiento en los músculos respiratorios son descritos en la Tabla 1.

Tabla 1. Cambios en los músculos respiratorios con el envejecimiento

Mecánica pulmonar y de la pared torácica

La mecánica de la respiración se hace por dos movimientos: la inspiración y la espiración. La fase de la inspiración es un proceso activo, producido por acción de la contracción del diafragma que origina un aplanamiento de la base del tórax y de los músculos intercostales externos que causan una elevación de las costillas, produciendo así un aumento en el volumen pulmonar, disminución en la presión intrapleural y generando el flujo necesario para la inspiración. La fase de la espiración es un proceso pasivo, resultado de la retracción del pulmón y de los músculos por su elasticidad propia proveniente de las fibras elásticas del parénquima pulmonar y de la tensión superficial producida por el líquido que cubre el epitelio alveolar (30).

La elasticidad se define como la propiedad que tiene la materia de retornar a su forma original luego de ser deformada por una fuerza externa. Al inicio de la espiración se establece un gradiente entre el alvéolo y el exterior donde la presión intra-alveolar es mayor, lo cual genera un flujo de aire de adentro hacia fuera hasta llegar al punto donde las presiones se igualan y posteriormente se aumentan las presiones alrededor de la vía aérea originando su cierre (presión de cierre) (31). En condiciones normales de reposo, hay un equilibrio entre las fuerzas que traccionan el pulmón hacia adentro compensado por las fuerzas que traccionan la pared del tórax hacia fuera, lo cual permite que los volúmenes pulmonares se mantengan.

La distensibilidad se define como el cambio de volumen por unidad de presión sobre el pulmón, la cual es medida con la presión de retroceso elástico por manometría esofágica. Con el envejecimiento se produce una disminución de la distensibilidad de la pared del tórax, mientras que la distensibilidad del pulmón se aumenta (32). Al cambiar las propiedades elásticas del pulmón con el proceso del envejecimiento, el cierre de la vía aérea se establece de forma más temprana, lo que produce retención de aire (33). Lo anterior se puede entender al realizar una analogía entre el pulmón y un globo de aire: cuando éste está nuevo es elástico, poco distensible y expulsa por completo el aire que hay en su interior, mientras que cuando está desgastado (envejecido), es menos elástico y no expulsa completamente el aire que hay en su interior (retención de aire) (34).

Las propiedades elásticas del pulmón dependen en parte de la elastina y del colágeno, que son proteínas extracelulares insolubles, cuyas características son su longevidad, fuerza y resistencia a la degradación. Estas proteínas forman una red fibrosa la cual está en continuidad desde el hilio a los ductos alveolares. En el bronquio y grandes bronquiolos las fibras están organizadas de forma longitudinal, más distal, a nivel de los bronquíolos respiratorios y ductos alveolares se organizan de forma helicoidal (4). Los cambios relacionados con el envejecimiento de estas proteínas han sido sujeto de investigaciones y de forma llamativa a pesar de la disminución en el retroceso elástico, varios estudios han demostrado un incremento de la concentración de la elastina con la edad (35). Pierce realizó un estudio donde se tomaron 45 muestras de lóbulo medio pulmonar en autopsias de pacientes que no murieron por causa de enfermedad pulmonar y halló un incremento relacionado con la edad en la relación elastina-colágeno (r = 0.73) medidos en gramos por peso seco (36). A nivel de la elastina se ha encontrado que ésta compromete el retroceso elástico debido a modificaciones en la disposición espacial y el entrecruzamiento de la red de fibras, y a la presencia de seudo-elastina (11).

El colágeno representa entre el 15 al 20% del peso seco pulmonar, el cual es aproximadamente el doble del de la elastina y su concentración promedio parece cambiar poco con la edad (37). Con el envejecimiento se produce un incremento en los entrecruzamientos del colágeno pulmonar que producen cambios a este nivel, entre los cuales se encuentran: aumento en el tamaño de los ductos alveolares, reducción en el área de superficie y disminución en la capacidad de difusión (4).