TP-5-Mecánica-ventilatoria

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AÑO 2019 TRABAJO PRÁCTICO N° 5
Mecánica ventilatoria y difusión de gases
1- ObjetivosEspecíficos:
-Analizar los factores físicos que determinan la entrada y la salida de aire de los pulmones.
-Definir volúmenes y capacidades pulmonares.
-Identificar e interpretar los componentes y resultados de una espirometría forzada con y sin obstrucción.
-Interpretar los cambios de presión intrapleural e intrapulmonar frente a modificaciones de la resistencia de las vías aéreas o de la distensibilidad pulmonar.
-Ley de Henry, Ley de Dalton
2- Conocimientosnecesarios:
Características estructurales del pulmón. Mecanismo de ventilación pulmonar. Músculos respiratorios. Volúmenes y capacidades pulmonares en reposo y con esfuerzo inspiratorio y espiratorio máximos. Presiones que se generan: presión alveolar, pleural y transpulmonar.Tensión superficial y agente tensioactivo. Conceptos de distensibilidad y resistencia. Curvas de distensibilidad pulmonar. Resistencia al flujo aéreo. Flujos resultantes. Ley de Fick. Espirometría: definición del VEF1% y FEF25-75%.
3- Bases Teóricas: la ventilación pulmonar consiste en el movimiento de aire hacia y desde el pulmón a fin de renovar el gas alveolar, manteniendo una composiciónadecuada para que se realice correctamente el intercambio gaseoso con la sangre. El volumen de airemovilizado(queingresaoegresaal/delaparatorespiratorio)encadaciclosedenomina volumen corriente (VC), mientras que la cantidad de aire movilizado en un minuto constituye el volumen minuto respiratorio o ventilación pulmonar total (VT). No todo el aireinspirado llega a la zona de intercambio gaseoso (alvéolos) ya que una fracción permanece enlas vías aéreas y se denomina volumen de espacio muerto (VD). La cantidad de aire que en unminutoalcanzaelespacioalveolaryparticipaenelintercambiodegaseseslaventilaciónalveolar(VA).
El pulmón y la caja torácica (incluido el diafragma) forman una unidad funcional y se mueven al unísono, razón por la cual el volumen pulmonar está determinado por el tamaño del tórax; así la expansióndeltóraxaumentaelvolumenpulmonar,entantoquesuretracción lodisminuye. El pulmón y el tórax se encuentran unidos por medio del líquido pleural, que facilita el desplazamiento de ambos y hace más difícil separarlos al ejercer una fuerza perpendicular a sussuperficies.Ambasestructurassonelásticas(esdecirquerecobransuformainicialluego dequeunafuerzadeformantedejadeactuarsobreellos),perosuspropiedadeselásticasson opuestas, elpulmóntiende aretraerseentantoqueeltóraxtiendeaexpandirse.
Durante la inspiración en reposo, el diafragma se contrae desplazándose hacia abajo, permitiendo que la caja torácica se ensanche incrementando su diámetro. Este aumento en el volumen torácico crea una presión negativa que provoca la entrada de aire a los pulmones.
Al final de la espiración las fuerzas elásticas del pulmón y del tórax son equivalentes y opuestas,asílatendenciadelpulmónaretraerseesbalanceadaperfectamenteporlatendencia deltóraxa expandirse.Enestemomentodeequilibrioentredosfuerzascontrapuestas,el
sistema respiratorio alcanza la situación de reposo siendo el flujo de aire igual a 0. Estas fuerzas opuestas son la causa de que la presión pleural sea negativa.
Paraquelaventilaciónpulmonarselleveacaboesnecesarioqueelflujodeaireseacapaz de vencer la impedancia del sistema, compuesta por variables dinámicas (fuerzas resistivas)yvariablesestáticas(fuerzaselásticas).Paravencertantolasfuerzasresistivas como las elásticas, es necesario que los músculos inspiratorios ejerzan una fuerza que provoque la expansión torácica y la disminución de la presión pleural (PPL). La caída de la presión en el espacio pleural obliga al pulmón a acompañar al tórax en su expansión. Esto determina la disminución de la presión alveolar (PA) por debajo de la presión atmosférica (PB). Esta diferencia de presión entre el espacio alveolar y la atmósfera genera el flujo de aire inspiratorio, el cual ingresa hasta que la PA iguala a la atmosférica. Durante la espiración, la relajación de los músculos inspiratorios permite la retracción del pulmón, aumenta así la PA por encima de la atmosférica y el aire sale hasta que la PA iguala a la atmosférica.
Presión pleural: como el pulmón y el tórax están soportando una tensión igual y opuesta intentarán separarse, creando así una presión subatmosférica a nivel de la interfase pleural.Estapresión"negativa"semideenelespaciointrapleuralyalcanzaunos-5cmdeH2O en el adulto normal alfinal de la espiración.
Presión alveolar: es la presión en los alvéolos. Cuando no hay flujo y las vías aéreas estánabiertas en comunicación con la atmósfera, es igual a la presión atmosférica. Cambia su valor durante el ciclo respiratorio para generar un gradiente de presión que permite la entrada o salida de aire.
Presión transpulmonar: está determinada por la diferencia de presión entre el interior y el exterior del pulmón (PTP: PALV - PPL). Es la presión necesaria para evitar la retracción del pulmónymantenerunvolumenpulmonardeterminado.Sumagnituddependedelvolumen pulmonar y las fuerzas elásticas que tienden a retraer elpulmón.
4- Espirometría:
Laespirometríaesunapruebaquemideelvolumendeairequemovilizanlospulmonesen funcióndeltiempo.Larepresentacióngráficapuedeserdelvolumenenfuncióndeltiempo, o de sus derivadas (flujos, dV/dt) en función deltiempo.
Es utilizada frecuentemente en pacientes para determinar:
-la capacidad ventilatoria ante la presencia de síntomas relacionados con la respiración (tos, expectoración, disnea, sibilancias, etc.) o signos de enfermedad (malformaciones torácicas, radiografía de tórax alterada, etc.).
-el impacto sobre la función respiratoria de las enfermedades de otros órganos o sistemas (patología cardiaca, renal, hepática, neuromuscular, etc.).
-alteración funcional respiratoria en pacientes de riesgo (tabaco, agentes laborales, procesos alérgicos, etc.).
Espirometríasimpleconsisteensolicitaralpacientequerealicealmenosdosotresciclos respiratórios normales, luego una inspiración máxima, y por último expulse todo el aire de sus pulmones durante el tiempo que necesite para ello. Así se obtienen los siguientes volúmenes ycapacidades:
Volumen normal o corriente (VC): Corresponde al aire que se moviliza en cada respiración. (Aproximadamente 500 ml en un sujeto adulto)
Volumen de reserva inspiratoria (VRI): Corresponde al volumen adicional de aire que es posible inspirar desde un volumen corriente normal y por encima del mismo cuando la persona realiza uma inspiración forzada. (Aproximadamente 2.500 ml)
Volumen de reserva espiratoria (VRE): Corresponde al volumen adicional máximo espirado luego de una espiración corriente, realizando una espiración forzada. (Aproximadamente 1.500ml)
Capacidad vital (CV): Es el volumen total que movilizan los pulmones, es decir, sería la suma de los tres volúmenes anteriores.
Volumen residual (VR): Es el volumen de aire que queda em los pulmones después de una espiración máxima. Para determinarlo, no se puede hacer con una espirometría, sino que habría que utilizar la técnica de dilución de gases o la plestimografia corporal. (Aproximadamente 1.500ml)
Capacidad pulmonar total (TLC): Es la suma de la capacidad vital y el volumen residual.
Figura 1: esquema de los volumenes y capacidades pulmonares durante el ciclo respiratorio en reposo y con esfuerzo inspiratorio y espiratorio máximos.
Espirometríaforzadaesaquellaenque,trasunainspiraciónmáxima,selepidealpaciente querealiceunaespiraciónforzada(máxima)enelmenortiempoposible.Esmásútilquela espirometríasimple,yaquenospermiteaproximarnosaalgunosdiagnósticosdepatologías respiratorias. Los valores de flujos y volúmenes más importantes que se obtienenson:
-Capacidad vital forzada (CVF): Volumen total de aire que expulsa el paciente desde la inspiración máxima hasta la espiración máxima.
-Volumenmáximoespiradoenelprimersegundo(VEF1):Eselvolumenqueseexpulsa en el primer segundo de una espiración forzada. Se considera normal cuando se obtiene un valor mayor al 80% del valorteórico.
-Relación VEF1/CVF (VEF1%): Indica elporcentaje del volumen total que es espirado en el primer segundo. Su valor normal es cuando supera el 80% del volumen espirado total.
-Flujo espiratorio máximo entre el 25 y el 75% (FEF25-75%): Expresa la relación entre elvolumenespiradoentreel25yel75%delaCVFyeltiempoquesetardaenhacerlo.Su alteración suele expresar patología de las pequeñas víasaéreas.
5- Desarrollo del trabajopráctico:
5.1. Espirometría:
-Preparación del paciente para realización de la espirometría:
A-Abrir el programa PFTsuit
-Abrir primer botón arriba a la izquierda para registrar la edad (años), talla (cm) y peso (kg) del alumno.
-El alumno deberá estar sentado y relajado, al menos unos 5-10 minutos antes de la prueba.
-En el programa ir a la ventana “Test” y elegir “capacidad vital forzada pre”.
-Colocar las pinzas nasales.
-Colocar la boquilla bien adentro de la boca; que se envuelva con los labios dejando la lengua por debajo.
-Apretar “start”
-Elalumnocomenzaráhaciendoalmenos3respiracionesnormales;luegoinspirarátodoel aire que pueda (maniobra inspiratoria máxima) seguido de una espiración rápida y forzada. La maniobra terminará con una inspiración máxima también de forma rápida y con esfuerzo máximo (aceptar laprueba).
-Repetir 3 veces las mismas instrucciones.
-Exit (aceptar todas).
-Print (de esta manera se podrá ver el informe final).
-“Guardar como”.
B-Repetir las 3 espiraciones pero obturando la boquilla.
-IMPORTANTE: para que la prueba se considere válida el tiempo de espiración debe ser superior a 6 segundos.
-Capacidad vital forzada: El volumen espirado en el primer segundo de la prueba de la CVF es el VEF1 y es un parámetro muy importante en la espirometría. VEF1% (VEF1% = VEF1/CV X100).Un paciente con una obstrucción de las vías respiratorias superiores tiene un VEF1% disminuido.
Después de la prueba se muestran dos curvas:
Curva volumen-tiempo:
-Asa flujo-volumen: Esta es la curva más importante en la espirometría. Un asa flujo- volumen normal comienza en el eje X (eje de volumen): en el inicio de la prueba tanto el flujoyelvolumensonigualesacero.Inmediatamentedespuésdeestepuntodepartidade la curva se alcanza rápidamente un pico: El Flujo Pico Espiratorio (FPE). Si la prueba se realiza correctamente, este FPE se alcanza dentro de los primeros 150 milisegundos dela
prueba y es una medida que aporta información sobre el flujo de aire espirado en las vías respiratoriassuperiores(tráqueaybronquios).DespuésdelFPElacurvadesciende(elflujo disminuye) a medida que continua la espiración. Después del 25% del total del volumen espirado, se alcanza el parámetro FEF25. A mitad de la curva (cuando el paciente ha espirado la mitad del volumen) se mide el FEF50: Flujo Espiratorio Forzado al 50% de la CVF. Después de 75% se mide elFEF75:
-Paciente obstructivo: presenta disminución de flujo aéreo principalmente durante la espiración por aumento de las resistencias de las vías aéreas (asma, bronquitis) o por disminución en la retracción elástica del parénquima pulmonar (enfisema). Cuando el paciente realiza una espiración forzada no es capaz de hacerlo con la velocidad máxima normal. El paciente obstructivo tiene limitada su espiración, la realiza de forma lenta y progressiva. (Figura 2, panel B)
-Paciente restrictivo: presenta alteración del parénquima (fibrosis, ocupación, amputación), del tórax (rigidez, deformidad) o de los músculos respiratorios y/o de su inserción. Cuando la persona respira lo más probable es que sus volúmenes estén disminuidos, entonces la morfología de la curva va a ser normal pero muy pequeña (Pacienterestrictivo=pacienteconpulmónpequeño).Eldatocaracterísticodelarestricción es la limitación de la capacidad vital con una reducción proporcional de los flujos; esto condiciona que la proporción de aire que sale en el primer segundo respecto al total permanezca normal. (Figura 2, panelC).
A	B	C
Figura 2: curva flujo-volumen en pacientes normales, obtructivos y restrictivos.
La elasticidad del sistema respiratorio en su conjunto (pulmón y tórax acoplados)- es el balance entre la elasticidad de ambos componentes. La relación V/P representa la distensibilidad. Su inversa, la elastancia, es una medida de la resistencia elástica a la distensión. El punto de reposo del sistema respiratorio corresponde al final de una espiracióntranquilaylaelastanciadelsistemaseoponetantoalainspiracióncomoaparte delaespiración.Ladistensibilidadvaríaconelvolumendelpulmón:avolúmenescercanos a la CRF (volumen pulmonar al final de la espiración en reposo), la distensibilidad es máxima.AvolúmenescercanosalaCPT,ladistensibilidaddisminuyeylapresiónnecesaria para producir un cambio de volumen esmayor.
Según la Ley de Laplace la presión de colapso generada en los alvéolos es inversamente proporcional al radio de los mismos, es decir, cuanto menor sea el alvéolo, mayor será la presión de colapso. Asi, cuando los alvéolos presentan un radio de la mitad del normal,las presiones de colapso seduplican:
Presión: 2 x tensión superficial/ radio
El surfactante es un tensioactivo que en el pulmón es secretado por células epiteliales alveolaresdetipoII.Cuandoseextiendesobrelasuperficiedeunlíquidoreducedeforma importante la tensión superficial. Cuanto más pequeño se hace un alvéolo, menor es su tensiónsuperficial,fenómenoqueseoponealamayortendenciaacolapsardelosalvéolos menores. Inversamente, a medida que los alvéolos crecen, disminuye la concentración en superficie del surfactante y la tensión superficial aumenta. Ello se opone a que estos alvéolos, ya grandes de por sí, se hagan aún mayores por expansión. El surfactante, permitequelatensiónsuperficialvaríeconelvolumenpulmonar.Durantelainspiraciónla tensión superficial se eleva; durante la espiración la tensión superficial alveolar disminuye rapidamente(encomparaciónconlainspiración,senecesitamenospresióntranspulmonar para mantener el mismovolumen).
5.2. Programa desimulación:
Abra el programa “Prop. Estáticas FOMEC aparato respirat.”. En la ventana de “propiedades estáticas”.
En “glotis”, elija “glotis abierta”. Produzca una inspiración. Al soltar el cursor el modelo realizará una espiración:
Curva Volumen-Ptp
Cursor de Inspiración-Espiración
¿Qué valor toma espontáneamente el volumen? = 3000
¿Cómo se llama esta capacidad? = capacidad residual funcional
Compare la CRF en el individuo normal =3000, con enfisema = 3300 y con fibrosis =2500
¿A qué se debe la hiperinflación del enfisema?
Al aumento de la distensibilidad El enfisema se asocia con pérdida de fibras elásticas en
los pulmones. Como resultado de ello, la adaptabilidadde los pulmones aumenta.
	
DIFUSIÓN DE GASES
Símbolos:
P:Presión
V: Volumen de gases
Vº: Flujo (volumen/minuto)
A: Alveolar
PB: Presión barométrica
VD: Volumen muerto PI: presión inspirada PA: presión alveolar
6- ObjetivosEspecíficos:
-Dependencia de la PACO2 con la ventilación alveolar:
La concentración de CO2 en el aire alveolar, y por lo tanto PACO2, depende del volumen de CO2 volcado desde los tejidos (V°CO2 = 200 ml/min) y del flujo de aire en el alvéolo (V°A), donde K es la diferencia entre PB y Pvapor H2O, y Vo2 es la producción metabólica de CO2 por unidad de tiempo (habitualmente se expresa en 1minuto).CO
PACO2 = K * V°CO2
V°A
Volúmenes	Flujos
La ventilación alveolar se puede calcular como la diferencia entre la ventilación corriente (VT)yladelvolumendelespaciomuerto,porloquelaventilaciónalveolarminuto(V°A)será:
V°A = (VT*fr) - (VD*fr) siendo fr la frecuencia respiratoria.
6.1. Calcular la PACO2 en una persona que tiene reducida su ventilación alveolar a lamitad por una intoxicación con barbitúricos (fármaco que provoca depresión del centro respiratorio).
¿Qué ocurriría si, en lugar de aumentar al doble la ventilaciónalveolar, la hubiera reducido a la mitad desde 4.200 hasta2.100 ml/min? Este es un ejemplo de hipoventilación. En elmomento en el que empezara a hipoventilar, el volumen de CO2expulsado por unidad de tiempo disminuiría a la mitad, hasta100 ml/min, aun cuando la producción de CO2 por los tejidosseguiría manteniéndoseen 200 ml/min. Por tanto, se acumularíaCO2 en todo el cuerpo, lo que haría que aumentara la PACO2. ¿Hastaqué valor tendría que aumentar la PACO2 antes de que se alcanceun nuevo estado de equilibrio? Como cada minuto debe expulsar200 ml de CO2, pero solo se pueden diluir en 200 ml, o la mitadde la cantidad habitual de aire alveolar (punto rojo izquierdo dela fig. 31-4), la [CO2] debe aumentar al doble, desde ∼40 hasta80 mmHg. Por supuesto, este aumento al doble de la PCO2 alveolarse acompaña de un aumento al doble de la PCO2 arterial, lo quegenera una acidosis respiratoriaPACO2 = K * V°CO2
V°A
-Ecuación del gas alveolar:
6.2. Teniendoencuentalaecuacióndelgasalveolarcalcularencuantosereducelapresión deoxígenoalveolar(respectoalapresióninspirada)silarelacióndeintercambio(R)es0,8 y la PACO2= 40mmHg:Volumen deO2consumido	PAO2
PACO2
=
Volumen de CO2 eliminado
R =
6.3. Sobre la base de los resultados del problema anterior, calcular la PO2 remanente en el aire alveolar. ¿De qué factores depende laPAO2?
Ecuación de los gases alveolares:PAO2 = 100 mmhg
PAO2 = 150 - 50
PAO2 = 150– 40 
		0,8
PAO2 = PIO2 - PACO2
R
PAO2 = PIO2- PACO2
R
De la PiO2 del aire inspirado y la PACO2 del aire alveolar. La PAO2 puede variar si cambiamos la concentración de O2 en el aire inspirado o si variamos la ventilación alveolar
6.4. Calcular la PAO2 en el aire alveolar en el caso de un andinista que permanece en un campamentodondelapresiónbarométricaes600mmHg.Señalarloenelsiguientegráfico.
¿Cómo se podría recuperar una adecuada PAO2? Representarlo.
PIO2=(PB –Ph2o) x FiO2
PIO2=(600 – 47) x 0,21 = 116 mmhg inspirado
 = 66 mmhg alveolar 
Cambiando la concentración de O2 en el aire inspirado podemos recuperar una adecuada PAO2
PAO2 (mmHg)
6.5. Sabiendo que la ventilación alveolar se puede calcular como la diferencia entre la ventilación corriente (VoT) y la del volumen del espacio muerto: V°A = (VT - VD)*fr (en donde fr=frecuenciarespiratoria).¿Quéesmáseficientedesdeelpuntodevistadelaventilación alveolar, duplicar la frecuencia respiratoria o el volumencorriente?
Es mas eficiente duplicar el volumen corriente
V°A = (VT - VD)*fr
10200 = (1000 - 150)*12
8400 = (500 - 150)*24