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01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 1 de 9 Procesos que intervienen en la respiración. NOTA; El aire atmosférico es una mezcla de gases que contiene aproximadamente 21% de oxígeno, 78.6 % de nitrógeno, 0.04 % de CO2 y 0.5 % de H2O. La presión total que ejerce un gas es igual a la suma de las presiones parciales que ejercen cada uno de sus componentes, es decir 760 mm de mercurio aproximadamente, una atmósfera cuando nos encontramos a nivel del mar. El aire alveolar es también una mezcla de gases y se cumple por tanto este principio. El intercambio gaseoso o hematosis que proporciona oxígeno a la sangre y elimina el dióxido de carbono que se produce en el organismo producto del metabolismo celular se realiza en los pulmones a nivel de formaciones especializadas denominadas alvéolos, los cuales constituyen la porción respiratoria del parénquima pulmonar LEY DE BOYLE “la presión de una cantidad fija de un gas a temperatura constante, es inversamente proporcional al volumen” --- V α 1/P ¿Por qué durante la respiración tranquila, la espiración se produce siempre hasta un determinado nivel? Esto se debe a que existen tendencias opuestas, los pulmones tienden a colapsarse y la caja torácica a la expansión (distenderse); cuando esas tendencias se igualan se llega al final de una espiración tranquila, de ahí que sentimos un estado de equilibrio o de reposo. Este estado se conoce como NIVEL ESPIRATORIO DE REPOSO (NER). En el nivel espiratorio de reposo puede medirse una presión negativa en la cavidad pleural que mantiene adosadas ambas hojas de la pleura y obliga al pulmón a seguir los desplazamientos de la caja torácica. 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 2 de 9 LA INSPIRACIÓN TRANQUILA se produce por la contracción de los músculos inspiratorios cuya actividad es controlada por impulsos nerviosos provenientes del centro respiratorio. Esto produce el aumento de los diámetros del tórax ocasionado fundamentalmente por la contracción del diafragma que se aplana y de los intercostales externos que elevan las costillas. Esto hace que la presión intrapleural se haga más negativa, es decir, disminuye contrarrestando la mayor presión de retroceso elástico. La caja toráxica tira de los pulmones que están acoplados mediante esa presión y que mantiene las dos hojas de la pleura apretadas entre sí. Este aumento de volumen de los pulmones disminuye la presión en el interior de los alvéolos (ley de Boyle) lo que genera un gradiente de presión con la atmósfera que favorece la entrada de aire a los pulmones. En la medida que el aire va entrando, la presión intraalveolar va aumentando nuevamente hasta alcanzar su equilibrio con la atmosférica, al final de la inspiración, con lo cual cesa el flujo aéreo. MECÁNICA DE LA INSPIRACIÓN 1. Contracción de los músculos inspiratorios. 2. Aumento de los diámetros (volumen) del tórax. 3. Ppl (presión pleural) más negativa (disminuye). 4. Expansión pulmonar. 5. Disminuye P alveolar. 6. Entrada de aire. LA ESPIRACIÓN ocurre por un proceso inverso, al relajarse los músculos inspiratorios siempre que se trate de una espiración tranquila (ya que si se trata de una espiración forzada la misma ocurre por la intervención activa de los músculos espiratorios). La relajación de los músculos inspiratorios hace regresar caja torácica y los pulmones al nivel espiratorio de reposo. Esto produce disminución de los diámetros y por tanto aumento de la presión intrapleural que regresa a su valor de - 4 torr, con presión ejercida sobre los pulmones que tienden al colapso. Esto provoca aumento de presión intraalveolar que genera un gradiente que favorece la salida del aire, con la cual va disminuyendo nuevamente esta presión hasta alcanzarse el equilibrio, lo que hace que cese el flujo de aire. 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 3 de 9 MECÁNICA DE LA ESPIRACIÓN 1. Relajación de los músculos inspiratorios. 2. Disminución de los diámetros (volumen) del tórax. 3. Aumenta Ppl (regresa al valor inicial de –4 mmHg). 4. Retracción pulmonar. 5. Aumenta P alveolar. 6. Salida del aire NOTA: durante la espiración, el diafragma se relaja y es el retroceso elástico de los pulmones, de la pared torácica y las estructuras abdominales el que comprime los pulmones. INSPIRACIÓN: 1. Volumen pulmonar: aumenta 2. Presión pleural (Ppl): disminuye 3. Presión alveolar (Pa) al inicio: disminuye 4. Presión alveolar (Pa) al final: igual a la atmosférica 5. Presión transpulmonar: aumenta 6. Tensión superficial: aumenta 7. Colapso pulmonar: aumenta ESPIRACIÓN: 1. Volumen pulmonar: disminuye 2. Presión pleural (Ppl): aumenta 3. Presión alveolar (Pa) al inicio: aumenta 4. Presión alveolar (Pa) al final: igual a la atmosférica 5. Presión transpulmonar: disminuye 6. Tensión superficial: disminuye 7. Colapso pulmonar: disminuye Presión pleura (Ppl): es la presión del líquido en el estrecho espacio existente entre la pleura pulmonar y la pleura parietal, es aproximadamente de 5 cm de agua. Presión alveolar (Pa): presión en el interior de los alveolos pulmonares. Cuando la glotis está abierta y no fluye aire ni al interior ni fuera de los pulmones la presión en todo el árbol respiratorio, hasta los alveolos, son iguales a la presión atmosférica (aproximadamente 0 cm de agua) La diferencia entre la Ppl y la P alveolar es denominada Presión transpulmonar o presión distendente, que es la presión que mantiene distendidos los pulmones en contra de su tendencia al colapso. (también llamada presión del retroceso elástico). Los efectos de la fuerza de gravedad tienen consecuencias sobre la Presión pleural y por tanto sobre la presión distendente. La presión pleural de -4 mmHg es una media de los valores en las diferentes zonas del pulmón. Como muestra la Fig, los alveolos de las zonas altas del pulmón se encuentran más distendidos, porque la presión transpulmonar en esa zona es mayor y pueden por tanto expandirse menos que los de la base, por lo que reciben menor ventilación; y los de la base mayor ventilación debido a que la presión en esta zona es menos negativa por lo que podrán expandirse más, esto repercutirá en la ventilación alveolar en las diferentes zonas. En esta situación de equilibrio de presiones con la atmosférica y, por tanto, cese del flujo de aire es válido para el inicio y final de inspiración y espiración. 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 4 de 9 Forma en que se articulan las costillas a la columna y el esternón: las costillas se dirigen hacia abajo, lo que permite que el esternón caiga hacia atrás, hacia la columna vertebral. Pero cuando la caja torácica se eleva, las costillas se proyectan casi directamente hacia adelante, de forma que el esternón se dirige hacia adelante, lejos de la columna vertebral y hace que el espesor anteroposterior del tórax sea aproximadamente un 20% mayor durante la inspiración forzada que en la espiración. Disposición de los músculos en la parrilla costal: EN LA INSPIRACIÓN: 1. Diafragma: músculo inspiratorio por excelencia 2. *Escalenos: elevan las dos primeras costillas. 3. *Esternocleidomastoideos: tira el esternón hacia arriba. 4. *Los serratos anteriores: elevan muchas costillas. 5. Los músculos intercostales externos: se contraen y tiran las costillas superiores hacia adelante respecto a las inferiores, y esto hace palancas sobre las costillas para elevarlas. EN LA ESPIRACIÓN: 1. *Los músculos abdominales: los rectosabdominales tiran hacia abajo las costillas inferiores a la vez que junto a los restantes músculos abdominales empuja el contenido abdominal hacia arriba contra la superficie inferior del diafragma. 2. Los músculos intercostales internos: tiran la caja torácica hacia abajo, hacen la palanca contraria a los intercostales externos. Nota: los músculos señalados con el * son aquellos que participan en la respiración forzada, Tensión superficial de la interfase aire-líquido en los alveolos: surfactante pulmonar: Disminuye la tensión superficial de la interface aire-líquido, mantiene distendido los alvéolos La concentración del agente tensoactivo cambia durante el ciclo respiratorio normal, contribuyendo junto a la distensión de las fibras presentes en los tabiques, a la elevación de la tendencia al colapso pulmonar que se observa durante la inspiración, lo que favorece el retroceso del pulmón al relajarse los músculos inspiratorios. Disposición de las fibras (elásticas, colágenas y reticulares) en el parénquima pulmonar. el parénquima pulmonar, encontramos fibras elásticas, fibras reticulares y algunas fibras colágenas en los tabiques interalveolares, encontramos también células de musculatura lisa. La presencia de estas fibras y sobre todo la forma en que están dispuestas es uno de los elementos de determinan la tendencia al colapso pulmonar. Las fuerzas elásticas del tejido pulmonar están determinadas principalmente por la fibras elásticas y colágenas. En los pulmones desinflados, estas fibras están en un estado de contracción y acordonamiento elástico y después, cuando los pulmones se expanden, las fibras se distienden y enderezan, alargándose pero haciendo todavía fuerza de resorte para volver a su estado natural. 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 5 de 9 Nota: La tendencia al colapso pulmonar es evitada por la presión pleural y la acción del surfactante pulmonar. Ambas evitan la deflación pulmonar y con ello el cambio brusco de presiones de gases alveolares y sanguíneas. Tendencia al colapso durante las etapas de la respiración. (Papel del surfactante) 1. En la espiración al haber más concentración de surfactante habrá menos tendencia al colapso. 2. En la inspiración al haber menos concentración de surfactante habrá más tendencia al colapso. La llegada de aire nuevo a los alvéolos requiere vencer la resistencia al flujo a lo largo de las vías aéreas, dicha resistencia, de modo semejante a la resistencia vascular depende de la viscosidad, la longitud y sobre todo el radio de la vía. El diámetro bronquial se modifica durante el ciclo respiratorio: durante la inspiración, la resistencia es menor, puesto que la expansión pulmonar distiende las vías aéreas, en la espiración tranquila los diámetros se reducen y si es una espiración forzada se reducen aún más. La contracción del músculo liso bronquial es controlada por el sistema nervioso autónomo. En el asma bronquial, la contracción mantenida de estos músculos (broncoespasmos) incrementa la resistencia al paso del aire por la vía y compromete la ventilación. Una forma de tratar este trastorno es precisamente la utilización de simpaticomiméticos que provocan broncodilatación. En la espiración con respecto a la inspiración hay mayor trabajo de resistencia de las vías aéreas y menos tendencia al colapso. EL TRABAJO RESPIRATORIO tiene dos componentes: el trabajo realizado para vencer la resistencia viscoelástica (resistencia a la deformación) y expandir los pulmones y las estructuras de la pared torácica en contra de las fuerzas elásticas y viscosas del sistema, que se incrementa en los trastornos restrictivos donde se compromete la expansión de los pulmones (fibrosis pulmonar) o de la caja torácica (cifoescoliosis) y el trabajo de resistencia de las vías aéreas que es el requerido para vencer la resistencia de las vías respiratorias al flujo de aire. ¿Qué componente del trabajo respiratorio estará incrementado en el asmático, si ya conocemos que tiene las vías aéreas obstruidas? Durante la crisis asma se produce Broncoconstricción, hipersecreción de mucus y edema de la mucosa bronquiolar, lo que disminuye el calibre de las vías aéreas al aumentar el tono del músculo liso y disminuir el diámetro de la luz, por tanto, se requiere de un mayor trabajo de resistencia tanto para la entrada como para la salida del aire. Esto hace que tengan que 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 6 de 9 emplearse los músculos accesorios de la inspiración (esternocleidomastoideo, serratos anteriores y escalenos) que contribuyen a aumentar los diámetros de la caja torácica contrayéndose enérgicamente. Por otra parte, la espiración pasa a ser activa con la contracción de los músculos espiratorios, sobre todo los abdominales, por lo tanto, se requiere de una mayor fuerza de los músculos tanto inspiratorios como espiratorios debido al aumento del trabajo de resistencia de las vías aéreas. La función ventilatoria puede ser evaluada objetivamente mediante las pruebas funcionales respiratorias con equipos de espirometría que nos permiten medir los volúmenes de aire que una persona es capaz de movilizar cuando respira haciendo diferentes esfuerzos, sin importar el tiempo que demora en mover el aire (pruebas estáticas) o haciendo espiraciones forzadas, es decir moviendo el aire lo más rápidamente que le es posible, y el tiempo es una variable a tener en cuenta. (Pruebas dinámicas). VOLÚMENES PULMONARES: Se definen en el espirograma 4 volúmenes pulmonares 1. Volumen corriente: Es el volumen de aire inspirado o espirado en cada respiración normal, en promedio unos 500 ml. 2. Volumen de reserva inspiratorio: es el volumen adicional que se puede inspirar por encima del normal, aproximadamente 3000 ml 3. Volumen de reserva espiratorio: es la cantidad adicional de aire que se puede espirar por espiración forzada después de una espiración normal, normalmente es 1100 ml. 4. Volumen residual: Es el volumen de aire que queda en los pulmones después de una espiración forzada, es en promedio 1200 ml. Es de gran importancia porque permite la estabilidad alveolar e impide con la deflación las variaciones bruscas de las presiones alveolares de oxígeno y dióxido de carbono. Tiene además importancia médico legal, pues permite definir si la muerte se produjo antes o después del nacimiento. CAPACIDADES PULMONARES: Se definen 4 capacidades, que son suma de dos o más volúmenes. 1. Capacidad inspiratoria: Es el volumen de aire (3500 ml) que un sujeto puede inspirar partiendo del NER y expandiendo sus pulmones al máximo. Es igual al volumen corriente más el volumen de reserva inspiratorio. 2. Capacidad residual funcional: Se define como el volumen de aire que queda en los pulmones después de una espiración normal y es igual a él volumen de reserva espiratoria más el volumen residual (2300 ml) 3. Capacidad vital: Es la máxima cantidad de aire que una persona puede expulsar de los pulmones después de una inspiración máxima y con un máximo de esfuerzo espiratorio (4600 ml). Es la suma del volumen de reserva inspiratoria más el volumen corriente más el de reserva espiratorio. Es de extraordinaria importancia, pues es una medida de la expansibilidad tóraco-pulmonar. Aunque puede ser medida es inspiración, es decir, a partir de una espiración máxima hasta inspiración máxima, suele explorarse en espiración. 4. Capacidad pulmonar total: Es el máximo volumen de aire que pueden contener los pulmones, con el máximo de esfuerzo inspiratorio posible (5800 ml), es igual a la suma de la capacidad vital más el volumen residual, es decir, de los 4 volúmenes pulmonares. VOLUMEN MINUTO RESPIRATORIO: Esla cantidad total de aire nuevo que penetra en las vías respiratorias cada minuto: es igual al volumen corriente multiplicado por la frecuencia respiratoria. El volumen corriente es = 500 ml y la frecuencia respiratoria normal es = 12 respiraciones por minuto; por tanto, el volumen minuto respiratorio es en promedio de unos 6 L/min 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 7 de 9 La Figura muestra los resultados obtenidos en un sujeto normal y en un paciente asmático, evidenciando un gran aumento de la capacidad pulmonar total, a expensas de un gran volumen residual. ¿Qué consecuencias tendrá esta situación? Este paciente tiene unos pulmones muy llenos de aire, pero de aire mal renovado. La reducción del diámetro de sus vías aéreas le dificulta mucho la espiración, pero también le resulta muy difícil la inspiración, no sólo por el aumento de resistencia de la vía, sino también porque su tórax se encuentra muy expandido debiendo utilizar la musculatura accesoria. Cuando la espirometría se realiza considerando el tiempo una variable, se ordena al sujeto expulsar todo el aire a la mayor velocidad posible después de haber llenado sus pulmones al máximo, en esta prueba la velocidad de corrida del papel es de 20 milímetros por segundo, más rápida que en esta primera parte del registro, y el tiempo va a ser una variable a tener en cuenta. El registro que se obtiene se muestra en la Figura 15-19. Todo el aire que el sujeto es capaz de espirar en esta maniobra se denomina capacidad vital forzada (CVF), es decir, el volumen de aire máximo que una persona puede espirar a partir de una inspiración máxima realizando un esfuerzo espiratorio máximo. Además, una persona sin problemas de resistencia de sus vías aéreas debe expulsar el 80% como mínimo de su capacidad vital forzada en el primer segundo de esa espiración. (Índice VEF1/CVF), su disminución es un indicador de obstrucción de las vías aéreas. Si el índice es normal es porque el volumen espirado en ese tiempo está en correspondencia con el volumen que el sujeto es capaz de mover (FVC). Los trastornos de la función ventilatoria pueden clasificarse de acuerdo con la causa que los provocan en tres categorías: Trastornos ventilatorios obstructivos que son aquellos que se caracterizan por un aumento de la resistencia de las vías aéreas, ejemplo, el asma bronquial, el enfisema y la bronquitis. Trastornos ventilatorios restrictivos son aquellos que se caracterizan por una disminución de la expansibilidad del tórax y/o los pulmones, ejemplo, la fibrosis, el neumotórax o la escoliosis. En este caso tanto la FVC como el FEV1 estarán disminuidos, pero guardarán la proporción correcta, es decir, el índice será igual o mayor que el 80% Trastornos ventilatorios mixtos, aquellos que tienen un componente obstructivo y restrictivo a la vez. En este caso los volúmenes (FVC y FEV1) estarán ambos disminuidos y además el índice se encontrará disminuido también. En estos trastornos no hay hiperventilación sino modificación del patrón respiratorio. NOTA: en estos trastornos no hay hiperventilación, sino que hay modificación del patrón respiratorio NORMAL OBSTRUCTIVO RESTRICTIVO MIXTO CVF = > 80% Normal Disminuido Disminuido FEV1 = > 80% Disminuido Disminuido Disminuido FEV1 CVF = > 80% Disminuido Normal Disminuido 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 8 de 9 TRASTORNOS OBSTRUCTIVOS TRASTORNOS RESTRICTIVOS PCO2 alveolar Aumentado Aumentado PO2 alveolar Disminuido Disminuido PO2 Disminuido Disminuido PCO2 Disminuido Disminuido D Disminuido Disminuido PO2 arterial Disminuido Disminuido PCO2 arterial Aumentado Aumentado PATRON RESPIRATORIO Bradipnea respiratoria profundidad de la respiración ↓frecuencia respiratoria Taquipnea respiratoria frecuencia respiratoria ↓ profundidad de la respiración Síndrome del Distress Respiratorio o enfermedad de la membrana hialina ↓ surfactante pulmonar tendencia al colapso pulmonar porque, la tensión superficial, por tanto, hay una insuficiencia respiratoria ↓ intensidad de difusión (o tasa de difusión) para el O2 y el CO2 Por lo que ↓ PO2 arterial y el PCO2 arterial Todo el aire que penetra las vías aéreas durante la inspiración no llega a los alvéolos una parte se queda en las llamadas vías de conducción que no intervienen en la hematosis. Este volumen se denomina espacio muerto anatómico y es el primero en ser expelido durante la espiración. El volumen normal del espacio muerto en un hombre joven es de unos 150 ml, esta cifra aumenta con la edad. Cuando los alveolos no son funcionales, desde el punto de vista funcional estos son incluidos también en el espacio muerto. Cuando el espacio alveolar se incluye en la medición total del espacio muerto, entonces se denomina espacio muerto fisiológico (con otras palabras: Es la suma del espacio muerto anatómico y las zonas del pulmón bien ventiladas, pero mal perfundidas, donde la sangre no se oxigena y la ventilación alveolar se desperdicia) si queremos calcular qué volumen realmente llega al alvéolo para el intercambio gaseoso, es decir, el volumen de ventilación alveolar, tenemos tener en cuenta que con cada respiración se moviliza un volumen de aire que se denomina volumen corriente y se representa como VC. Si le restamos lo que se queda ocupando la vía aérea conductora, volumen del espacio muerto que se representa como VD la diferencia será lo que realmente llega a los alvéolos, en cada ciclo respiratorio, es decir, el volumen de ventilación alveolar. Va = VC -VD. 01- MECANICA DE LA VENTILACIÓN RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ Página 9 de 9 ¿Qué es el enfisema pulmonar? Proceso pulmonar complejo, obstructivo y destructivo y que puede ser consecuencia de: 1. Infección crónica causada por fumar y exposición a otros gases que pueden irritar los bronquios y los bronquiolos: durante mucho tiempo, ya que distorsiona gravemente los mecanismos naturales de protección de las vías aéreas, produciendo parálisis parcial de los cilios del epitelio respiratorio por efecto de la nicotina, de forma que el moco no puede ser expulsado con facilidad fuera de las vías respiratorias; la estimulación de una secreción de moco excesiva, que exacerba aún más el trastorno; y la inhibición de los macrófagos alveolares, de forma que se vuelven menos eficaces para combatir la infección 2. La infección, el exceso de moco y el edema inflamatorio del epitelio bronquiolar: causan conjuntamente una obstrucción crónica de muchas de las vías respiratorias más pequeñas. 3. La obstrucción de las vías respiratorias: hace especialmente difícil la espiración y produce por tanto atrapamiento aéreo en los alveolos y distención excesiva de los mismos; esto combinado con la infección pulmonar provoca una destrucción notable de hasta el 50% al 80% de las paredes alveolares Entre las diferentes alteraciones que trae consigo dicha enfermedad, va en dependencia de la gravedad de la enfermedad y el grado relativo de obstrucción pulmonar respecto a la destrucción parenquimatosa, donde encontramos: 1. La obstrucción bronquiolar aumenta mucho la resistencia de las vías respiratorias e incrementa llamativamente el trabajo respiratorio. Al paciente le resulta especialmente difícil mover al aire a través de los bronquiolos durante la espiración, debido a que la fuerza de compresión sobre la cara externa de los pulmones no solo comprime los alveolos, sino también los bronquiolos, lo que aumenta todavía la resistencia durante la espiración. 2. La notable pérdida de las paredes alveolares disminuye mucho la capacidad de difusión de lospulmones, lo que reduce la capacidad de oxigenar la sangre y eliminar CO2. 3. El proceso de obstrucción es con frecuencia más grave en una zona del pulmón que en otras, de forma que algunas partes de los pulmones están bien ventiladas, mientras que otras lo están escasamente. Esto determina con frecuencia relaciones ventilación/perfusión extremadamente alteradas, con relación VA/Q muy bajas en algunas zonas (cortocircuito fisiológico), que implica una aireación escasa de la sangre y una relación VA/Q muy elevada en otras partes (espacio muerto fisiológico) que hace que se desperdicie la ventilación. Ambos efectos se dan en el mismo pulmón. 4. La pérdida de grandes porciones de las paredes de los alveolos disminuye también el número de capilares pulmonares por lo que puede pasar la sangre. Como resultado, la resistencia vascular pulmonar aumenta llamativamente y produce hipertensión pulmonar. Esto a su vez sobrecarga la mitad derecha del corazón y con frecuencia causa una insuficiencia cardiaca derecha. En el enfisema crónico suele progresar a lo largo de muchos años. La persona presenta hipoxia e hipercapnia por hipoventilación de muchos alveolos y por la pérdida de paredes alveolares. El resultado de todo esto es una grave, prolongada y devastadora disnea, que puede durar años hasta que la hipoxia y la hipercapnia acaban causando la muerte
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