Estructura de los Músculos Respiratorios en Individuos Sanos

Evaluación de los Músculos Inspiratorios y Espiratorios en Humanos

El estudio de la estructura de los músculos respiratorios es difícil de realizar en individuos sanos, y la información disponible se basa en dos modelos de toma de muestras musculares. El primero, discutible desde el punto de vista metodológico, a partir de muestras musculares procedentes de modelos necrópsicos. El segundo, a partir de pacientes portadores de neoplasia pulmonar de pequeño tamaño pero en ausencia de enfermedad respiratorias asociadas, o aquellos pacientes llevados a laparotomía o laparoscopia por patología no-neoplásica (p.ej., colecistectomía por litiasis). Nuestro grupo está desarrollando actualmente un estudio multicéntrico para definir las características estructurales de los músculos inspiratorios (intercostales) y espiratorios (oblicuo externo) en individuos sanos voluntarios.

El diafragma es el principal músculo respiratorio y representa el plano de separación de la caja torácica y el abdomen. Es un músculo estriado cuyas fibras se orientan de forma radial desde su zona central tendinosa a las estructuras óseas de la periferia y que al ser comparado con músculos periféricos muestra una mayor tolerancia a la fatiga, mayor flujo sanguíneo, mayor densidad capilar y mayor capacidad oxidativa14 . Su contracción produce un descenso de su cúpula lo cual lleva a un aumento de los diámetros anteroposterior y transverso de la caja torácia. El diafragma de un adulto sano tiene un 80% de fibras resistentes a la fatiga (55% de tipo I, 25% de tipo IIa) comparado con el 40% de un músculo periférico15 . Esto capacita al músculo para realizar trabajos de baja intensidad pero de larga duración.

Los músculos intercostales externos son músculos delgados que se encuentran situados en el plano más superficial de los espacios intercostales. Sus fibras están orientadas de forma oblicua hacia la línea media anterior. Su acción inspiratoria se fundamenta en la capacidad de traccionar la costilla inmediatamente inferior en sentido caudo-cefálico y aumentar así el diámetro del tórax. Al igual que el diafragma presenta un predominio de fibras tipo I (60%). Del 40% de fibras tipo II un 25% corresponde a las de tipo IIb. En cuanto a la histomorfometría básica de los intercostales internos se observa que un 40% de las fibras son de tipo I y un 60% del tipo II (un 35% IIb y un 25%IIa).

Los músculos intercostales para-esternales corresponden a la porción condro-esternal bilateral de los músculos intercostales internos. Su activa participación durante la fase inspiratoria ha sido comprobada electromiográficamente. Su contracción contribuye con el acortamiento de los espacios intercostales y la elevación de las costillas. En ausencia de enfermedad se ha encontrado que un 50-60% de sus fibras corresponden a tipo I y un 40-50% a fibras tipo II.

Músculos accesorios de la inspiración. La mayoría de los músculos de la región del cuello, cintura escapular y región superior del tórax participan en la inspiración durante circunstancias especiales. Entre ellos destacan los siguientes. Los músculos escalenos que se extienden desde las apófisis transversas de las últimas cinco vértebras cervicales hasta la superficie anterior de la primera y segunda costillas. Su contracción colabora con el ascenso de las costillas superiores y se evidencia como la retracción del cuello y espacio supraclavicular durante la inspiración forzada. El músculo esternocleidomastoideo se extiende desde la apófisis mastoides hasta la parte anterior del tórax, insertándose en la clavícula y esternón. Su contracción igualmente ayuda a la elevación de la caja torácica superior. El músculo dorsal ancho se extiende desde la cara externa de las últimas cuatro costillas, la cresta ilíaca y apófisis espinosas de las últimas vértebras dorsales y lumbares hasta la corredera bicipital del húmero. Si se fija en este lugar su contracción colabora con la elevación de las costillas ayudando en la inspiración.

Músculos espiratorios. La espiración es un fenómeno pasivo en condiciones de reposo y en ausencia de enfermedad. Sin embargo, en condiciones de ejercicio o en presencia de enfermedades obstructivas del flujo aéreo, los músculos intercostales internos y de la pared abdominal (transverso, recto anterior, y oblícuo mayor y menor) se reclutan y activan con tal de incrementar la presión intratorácica y abdominal, descender las costillas y desplazar al diafragma en sentido cefálico. Todo ello se traduce en la posibilidad de realizar esfuerzos espiratorios como la tos, el estornudo, o la espiración contra una sobrecarga mecánica (p.ej., broncoespasmo). Por su parte, los músculos abdominales han sido menos estudiados. Nuestros datos preliminares demuestran que el oblicuo externo del abdomen muestra, en promedio, 30-60% de fibras tipo I.

Estructura de los Músculos Respiratorios en Presencia de Enfermedades Respiratorias

Convencionalmente se ha considerado que el diafragma y demás músculos respiratorios sufrían atrofia e involución en pacientes portadores de enfermedades respiratorias como la EPOC. Este concepto era erróneo, cuando menos parcialmente. Nuestro grupo, en el año 1996, describió por primera vez la evidencia de cambios de remodelamiento (a los que llamamos “adaptación”) tanto en el diafragma como en los intercostales externos de pacientes con EPOC. Dos trabajos publicados recientemente han permitido profundizar en estos hallazgos estructurales que, desde el punto de vista funcional, se traducen en unos músculos adaptados a la sobrecarga crónica que implica la enfermedad. Así por ejemplo, tenemos que:

El diafragma de pacientes con EPOC o asma bronquial se desplaza caudalmente (es decir, se aplana) como consecuencia de la hiperinflación pulmonar y el atrapamiento aéreo. Sin embargo, sus sarcómeras presentan una menor longitud comparándolas con el diafragma de individuos sanos16 . Este cambio representa una adaptación estructural que permite al músculo restaurar en parte la capacidad de generar tensión a pesar que la longitud total de la fibra se encuentra disminuída17 . Desde el punto de vista de organelos, se ha documentado una mayor densidad mitocondrial y capilar18 ,19 ,20 . Estos cambios reflejan un incremento de su capacidad oxidativa (mayor tolerancia a cargas prolongadas) similar a lo que se puede observar en músculos de las extremidades de atletas de fondo. En el mismo sentido, se ha demostrado la existencia de cambios moleculares a nivel de las cadenas pesadas de miosina a expensas de un incremento de la isoforma I en comparación con sujetos sanos, lo que confirma su adaptación ante la sobrecarga aeróbica crónica21 . Aún existe controversia sobre la capacidad enzimática (aeróbica y anaeróbica) en el diafragma de pacientes con EPOC por lo cual se continúan realizando los estudios pertinentes.

Intercostales externos. El tamaño de las fibras de los músculos intercostales externos se ha encontrado preservado en pacientes con EPOC.22 Sin embargo, a nivel molecular el cambio es en contrasentido con lo observado en el diafragma: se aumenta el contenido de miosina II en relación directa con la gravedad de la EPOC23 . Esto podría atribuírse a un reclutamiento intermitente y de alta intensidad, probablemente asociado a la tos o a incrementos ventilatorios durante el ejercicio en actividades cotidianas.

Músculos accesorios. Los pacientes con EPOC con frecuencia muestran activación de músculos del cuello y del abdomen, inclusive en situación de reposo. Un estudio previo ha demostrado incremento en el tamaño de las fibras del músculo dorsal ancho, lo cual confirma su capacidad de remodelamiento y el potencial reclutamiento durante situación de sobrecarga (p.ej., la tos, la hiperinflación pulmonar).

Músculos espiratorios. Aunque la fuerza y resistencia de los músculos espiratorios ha cobrado importancia recientemente, se dispone de muy poca información al respecto. Se sabe que dichos músculos en pacientes con EPOC muestran disminución de la fuerza y resistencia espiratorias. El tamaño de las fibras del músculo oblicuo externo (uno de los principales músculos espiratorios) no se ha encontrado disminuído significativamente. Por ello se asume que el déficit que presentan sea secundario a alteraciones intracelulares más que a una disminución de la masa muscular detectable por índices como el tamaño de sus fibras6.

Evaluación de la Fuerza Muscular Respiratoria

Concepto. Cuando se evalúa la fuerza de los músculos respiratorios se debe tener en cuenta que estamos enfocándonos básicamente a la capacidad que presentan estos músculos para generar tensión durante una maniobra inspiratoria o espiratoria máxima y forzada. El resultado de la maniobra se puede medir en boca, esófago o estomago en términos de presión (cmH2O o mmHg). Esto refleja básicamente un conjunto de variables como la masa muscular (capacidad de generar fuerza), relaciones de longitud-tensión, frecuencia de estimulación y velocidad de acortamiento que presenten dichos músculos.

La fuerza de los músculos respiratorios se puede evaluar de dos formas clasificadas según según las técnicas o maniobras que se utilicen. Las maniobras dinámicas son aquellas que se acompañan de flujo aéreo por tanto la vía aérea debe estar permeable y la medida puede realizarse a diferentes volúmenes pulmonares. Las maniobras estáticas son aquellas en las que no hay flujo aéreo lo cual implica que la contracción muscular es de tipo isométrico y se realiza a isovolumen pulmonar. Las maniobras más ampliamente utilizadas incluyen:

Medición global de la fuerza muscular inspiratoria y espiratoria. El registro de la presión máxima en boca durante las maniobras de Müller o de valsalva, respectivamente, permite evaluar la fuerza máxima de los músculos inspiratorios (PImax) y espiratorios (PEmax) como grupo. Las maniobras están basadas en la descripción por Black y Hyatt24 y consisten en medir la presión que se genera en la boca tras un esfuerzo inspiratorio o espiratorio máximo, voluntario o no, ante un circuito cerrado. Al no existir flujo de aire la presión que se genera en el tórax a consecuencia de la acción de los músculos inspiratorios o espiratorios es transmitida a la boca donde es fácilmente registrada. Técnicamente debe tenerse en cuenta que las maniobras pueden realizarse a diferentes volúmenes pulmonares y por ello los resultados deben ser interpretados cuidadosamente.

Se ha determinado que la PIM debe ser realizada desde volumen residual (VR) ya que a medida que se aumenta el volumen pulmonar esta tiende a ser menor a consecuencia de la disminución de la longitud de los músculos inspiratorios especialmente el diafragma. De la misma forma la PEM debe ser realizada desde capacidad pulmonar total (CPT). Deben realizarse un mínimo de 5 a 8 maniobras y reproducibles, con un breve descanso de intervalo. La diferencia entre las tres mejores maniobras no debe ser mayor al 5%. Para minimizar la participación de los músculos de la boca (especialmente los buccinadores) se debe conectar el paciente a una boquilla fenestrada con un agujero de 2 mm de diámetro.

Algunas de las desventajas que presenta estas maniobras incluyen: variabilidad de los resultados con relación al volumen pulmonar, dependencia al esfuerzo y motivación del paciente, evalúan globalmente musculatura inspiratoria sin discriminación de cada músculo participante, y puede ser influenciada por la acción de musculatura facial.

Medición específica de la fuerza del diafragma. La presión trans-diafragmática (Pdi) refleja la presión generada por el diafragma durante un esfuerzo inspiratorio. En cada contracción el diafragma genera un cambio de presión en el ámbito de tórax (presión negativa) y abdomen (presión positiva) como resultado de su desplazamiento como émbolo en sentido cefalo-caudal. La evaluación de la Pdi es posible en los laboratorios de función respiratoria mediante la introducción de un catéter con balón distal en la cavidad gastrica y otro en la luz del esófago.

Los catéteres se introducen por la nariz y se conectan a sendos transductores de presión y a un sistema de registro previamente calibrados. La presión medida en esófago (Pes) es representativa de la presión pleural, miesntras que la presión intra-gástrica (Pga) refleja la de la cavidad abdominal. Fácilmente se puede establecer la presión transdiafragmática (Pdi) a partir de la diferencia de los dos componentes según la fórmula:

Pdi = Pga – Pes

La Pes permite evaluar la función de los músculos inspiratorios en general. Es posible calcular el cociente Pes/Pdi que indicaría la fracción de Pdi que corresponde a presión pleural. La determinación de las presiones puede realizarse a volumen corriente, sin esfuerzo, o con maniobras forzadas (por ejemplo Müller que correspondería a la maniobra estática de Pdimax). Otra forma de evaluación es la maniobra de inspiración rápida forzada con vía aérea permeable o “sniff” (maniobra dinámica de la Pdimax). Es bastante reproducible, sencilla para el paciente y por estudios no se han encontrado diferencias significativas con la maniobra de Müller. Es útil también realizar medidas de Pes, Pga y Pdi durante maniobras de espiración forzada como la tos.

En estudios previos hemos demostrado que puede reflejar la participación del diafragma como trasductor de presión intrabdominal en pacientes post-operados de abdomen (galart et al.). En general las principales desventajas de la técnica son el carácter invasivo del procedimiento y la dependencia de la calidad de la maniobra voluntaria del paciente. Por ello se ha propuesto la estimulación eléctrica del nervio frénico o de los centros respiratorios para obviar el carácter volutivo, pero su aplicación en la actualidad la recomendamos solo para el ámbito especializado e investigativo.