mecánica de la respiración

MECANICA DE LA RESPIRACION

Dr. Jesús Sepúlveda DelgadoNEUMOLOGIA

6 “B”

Martínez López María Guadalupe 01 FEBRERO

2017

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS

ESCUELA DE MEDICINA HUMANA C.IV

DESARROLLO DEL TEMAMecánica de la respiración: introducción.• Expansión pasiva de los alvéolos.• Los músculos de la respiración.

Evaluación clínica de la conformidad de los pulmones y pared torácica.• Interdependencia alveolar

Resistencia de las vías respiratorias.• Distribución de la resistencia de las vías aéreas.

Compresión dinámica de las vías respiratorias .• Capacidad vital forzada.

• Efecto de la caja torácica sobre la expansibilidad pulmonar.

• Trabajo de la respiración• Volúmenes y capacidades pulmonares.• Volumen minuto• Ventilación alveolar.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Lange E, J (2016). Pulmonary Physiology. 8ª Edición. Capítulo 2.

GUYTON, C.G. and HALL, J.E. Tratado de Fisiología Médica. 11ª Edición. Elsevier, 2006. 471-490

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

1. Describir la generación de un gradiente de presión entre atmosfera y alveolos2. Describir la expansión pasiva y el retroceso elástico alveolar3. Conocer los mecanismos por los cuales se da el cambio de presiones para que el aire fluya hacia adentro o fuera del pulmón.4. Describir los factores que aumentan o disminuyen la resistencia de las vías respiratorias.5. Conocer las funciones del surfactante pulmonar6. Conocer el enfoque de la evaluación de la resistencia de las vías respiratorias mediante la capacidad vital forzada.7. Conocer cada uno de los factores del trabajo de la respiración.8. Conocer el espirómetro y los volúmenes y capacidades que forman parte de su estudio

MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN: INTRODUCCIÓN

El aíre se mueve de una región de mayor presión a una de menor presión.

atmósfera alvéolos

Diferencia de presiones atmósfera/alvéolo

La inspiración se logra haciendo que la presión alveolar caiga por debajo de la atmosférica.

Respiración a presión negativa

P. Atmosférica +P. alveolar -

+P. NARIZ +P BOCA

-P ALVÉOLOS

Respiración a presión positiva

El aíre fluye fuera de los pulmones cuando la presión alveolar es mayor que la presión atmosférica

GENERACIÓN DE UNA DIFERENCIA DE PRESIÓN ENTRE LA ATMÓSFERA Y LOS ALVÉOLOS

¿Cómo se produce la respiración de presión negativa?Los músculos de la inspiración se contraen, lo que aumenta el volumen de los alvéolos, disminuyendo la presión alveolar.

Ley de Boyle

LEY DE BOYLE

PRESIÓN

VOLUMEN

Descubierta por Robert Boyle en 1662

El volumen es inversamente proporcional a la presión 

EXPANSIÓN PASIVA DE LOS ALVÉOLOSLos alvéolos se expanden de forma pasiva en respuesta a una mayor presión de distención a través de la pared alveolar.

PRESIÓN INTRAPLEURAL NEGATIVALa P. intrapleural es subatmosférica: -3 -5 cm H2O

Es causada por la interacción mecánica entre el pulmón y la pared torácica.

Al final de cada espiración el pulmón y la pared torácica actúan uno al otro en direcciones opuestas

Pared torácica: +volumen retroceso elástico hacia afuera

Pulmón: -volumen retroceso elástico.

La pared torácica está actuando para mantener los alvéolos abiertos en oposición a su retroceso elástico

Así la presión intrapleural siempre positiva

Final de inspiración

Durante la inspiración

La presión alveolar es mayor que la presión intrapleural…

Presión alveolar = presión intrapleural + presión elástica alveolar de retroceso

Los músculos de la inspiración actúan para aumentar el volumen de la cavidad torácica y por lo tanto de los pulmones debido a la relación con las pleuras.

Los alvéolos aumentan pasivamente.

El aumento del volumen alveolar disminuye la presión alveolar y establece el gradiente de presión para el flujo de aíre hacia el pulmón

Interdependencia estructural de las unidades alveolares

La diferencia de presión a través de los alvéolos más externos se transmite mecánicamente por medio de los septos alveolares.

LOS MÚSCULOS DE LA RESPIRACIÓN

MÚSCULOS INSPIRATORIOS.

Diafragma Intercostales externos Accesorios

Esternocleidomastoideo Trapecio de la columna vertebral

EL DIAFRAGMA

Eupnea

1-2 cm

Alarga el tórax, aumenta volumen

Inspiración profunda

10 cm

> Alarga el tórax, >aumenta volumen

INTERCOSTALES EXTERNOS

Intercostal externo *Intercostal paraesternal *Escalenos

Se contraen elevando y agrandando la caja torácica en dirección anteroposterior y transversal.

Durante la inspiración, el diafragma y los músculos de la caja torácica inspiratoria se contraen simultáneamente.

Si un solo grupo de músculos se contrae, el otro lo sigue en dirección: Retracción.

MÚSCULOS ACCESORIOS DE LA INSPIRACIÓNNo están involucrados durante la eupnea, pero pueden ser puestos en juego durante el ejercicio; la fase inspiratoria de toser o estornudar; o en un estado patológico, como el asma.

Esternocleidomastoideo

Pectoral mayor

MÚSCULOS ESPIRATORIOSLa espiración es pasiva en la eupnea.

El retroceso elástico de los alvéolos distendidos creado por relajación de los músculos inspiratorios disminuye el volumen alveolar y eleva la presión alveolar por encima de la presión atmosférica.

Acción de frenado: los músculos inspiratorios pueden continuar contrayéndose durante la primera parte de la espiración esto ayudar a mantener una transición suave entre la inspiración y la espiración

ESPIRACIÓN ACTIVA

Canto EjercicioHabla Toser Estados patológicos

MÚSCULOS DE LA ESPIRACIÓN

Intercostales internos De la pared abdominal

Recto abdominal Oblicuos Transverso

MÚSCULOS ABDOMINALES

Aumentan la presión abdominal y empujan al diafragma

INTERCOSTALES INTERNOS Antagonistas de los intercostales externos

La fase espiratoria es 2 a 3 veces mayor que la fase inspiratoria

RESUMEN DE LOS EVENTOS OCURRIDOS DURANTE UNA RESPIRACIÓN IDEALIZADA

CUMPLIMIENTO DEL PULMÓN Y LA PARED DEL TÓRAX

Cumplimiento:Cambio de volumen dividido por el cambio de presión

A medida que la presión transpulmonar aumenta, aumenta el volumen pulmonar.

Histéresis:Diferencia en la curva de inflación y deflación.

**Distención-volumen-elasticidad

PRESIONES

PLEURAL: 5-7.5 CMH2O

ALVEOLAR: O CMH2O(+ - 1)

FUERZAS ELÁSTICAS: TEJIDO PULMONAR TENSIÓN SUPERFICIAL

DISTENSIBILIDAD PULMONAR

RETROCESO ELÁSTICO DELPULMÓN

RETROCESO ELÁSTICO DEL PULMÓN

ELASTINA COLÁGENO

VOLUMEN PULMONAR BAJOS O NORMALES

VOLUMEN PULMONAR GRANDE

TENSIÓN SUPERFICIAL

TENSIÓN SUPERFICIAL Y LA LEY DE LAPLACE LAPLACE: P = 2T/r.

PRESIÓN DENTRO DE UNA ESFERA ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA TENSIÓN SUPERFICIAL E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL RADIO DE LA ESFERA.

T = P X r/2

TENSIOACTIVO PULMONAR

BALANCE DE LANGMUIR-WILHELMY

SURFACTANTE PULMONAR

85 A 90% LIPIDO

10 A 15% PROTEÍNA

85% FOSFOLIPIDO

FOSFATIDILCOLINA DIPALMITOILFOSFATIDINA

SP-A, SP-B, SP-C, SP-D.

INTERDEPENDENCIA ALVEOLAR

INTERACCIÓN DEL PULMÓN Y LA PARED DEL TÓRAX: LA CURVA DE PRESIÓN ESTÁTICA-VOLUMEN

El retroceso elástico del pulmón normalmente se opone al retroceso elástico hacia fuera de la pared torácica.

El volumen de gas en los pulmones al final de una espiración normal, cuando no hay músculos respiratorios que se que se contraen activamente, se conoce como capacidad residual funcional (CRF)

Curvas de presión-volumen estáticas (o “relajación” )

Efecto de la posición del cuerpo en el FRC ( Capacidad residual funcional)

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS

Se deben superar varios factores además del retroceso elástico de los pulmones y la pared torácica para mover el aire hacia dentro o fuera de los pulmones

Factores:Inercia del sistema respiratorio, la resistencia friccional del pulmón y el tejido de la pared torácica.

La resistencia de las vías respiratorias más la resistencia del tejido pulmonar se refiere a menudo como la RESISTENCIA PULMONAR.

La resistencia del tejido pulmonar puede aumentarse en condiciones tales como sarcoidosis pulmonar, silicosis, asbestosis y fibrosis.

El flujo de aire, al igual que de otros fluidos, puede ocurrir como flujo laminar o turbulento

Flujo transicional

DISTRIBUCIÓN DE LA RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS

En un adulto normal, alrededor del 25% de la resistencia total al flujo del aire se localiza en las vías aéreas superiores.

Árbol traqueobronquial componente con mayor resistencia

CONTROL DEL MÚSCULO LISO BRONQUIAL

Bajo el control de las fibras eferentes del sistema nervioso autónomo

La estimulación de las fibras postganglionares parasimpáticas colinérgicas causa la constricción del musculo liso bronquial

VOLUMEN PULMONAR Y RESISTENCIAS DE LAS VIAS

RESPIRATORIAS

La resistencia de las vías respiratorias disminuye con el aumento del volumen pulmonar.

Las razones para esta relación; ambos implican:

-vías aéreas pequeñas

Las pequeñas vías respiratorias son por tanto bastante distensibles y también compresibles.

La diferencia de presión transmural a través de la pared de las vías aéreas pequeñas es un determinante importante del radio de las vías aéreas pequeñas

La resistencia es inversamente proporcional al radio hasta la cuarta potencia

Los cambios en los radios de las vías aéreas pequeñas pueden causar cambios dramáticos en las vías respiratorias pequeñas.

Para aumentar el volumen pulmonar = "respiración profunda“. Este esfuerzo hace que la presión intrapleural se vuelva mucho más negativa que la -7 o -10 cm H2O visto en una respiración normal y tranquila

Una segunda razón para la disminución de la resistencia de las vías respiratorias

Tracción en las vías aéreas pequeñas aumenta.

Las pequeñas vías aéreas que viajan a través del pulmón forman uniones a las paredes de los alvéolos.

A medida que los alvéolos se expanden durante el curso de una inspiración profunda, el recubrimiento elástico en sus paredes aumenta.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS

La resistencia de las vías respiratorias es extremadamente alta en volúmenes pulmonares bajos

Para lograr volúmenes pulmonares bajos, una persona debe hacer un esfuerzo espiratorio forzado contrayendo los músculos de la espiración, principalmente los músculos intercostales abdominales e internos.

Este esfuerzo genera presión intrapleural positiva, que puede ser tan alta como 120 cm H2O durante un esfuerzo espiratorio forzado máximo.

*Presión intrapleural positiva de +25 cm H2O.

*Presión en el alveolo+ *Presión intrapleural Debido a la presión elástica alveolar de retroceso de +10 cm H2O, que junto con la presión intrapleural, da una presión alveolar de +35 cm h2o.

El gradiente de presión transmural a través de las vías respiratorias más pequeñas es

Tendiendo a mantener la vía aérea abierta.

Durante la espiración forzada, el gradiente de presión transmural es de 30 cm H2O - 25 cm H2O, o solo 5 cm H2O manteniendo la vía aérea abierta.

La vía respiratoria comprimida = resistencia al flujo mayor.

Este aumento de la resistencia durante una expiración forzada se llama compresión dinámica de las vías respiratorias

Espiración forzada (vs) la presión intrapleural se hace positiva y se produce compresión dinámica.

El retroceso elástico alveolar también es importante para oponerse a la compresión dinámica de las vías respiratorias

EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS

Espiración forzada = espirómetro.

Esta medida se denomina capacidad vital forzada (FVC)

El método consiste en indicarle al sujeto que realice unas respiraciones eupnéicas y tras una espiración normal realice una inspiración máxima. Mantenga el aire inspirado durante un breve tiempo y luego realice una espiración máxima forzada en el menor tiempo posible, hasta alcanzar el volumen residual (VR).

Primer segundo de la espiración

En sujetos jóvenes normales, el FEV1 / CVF es >a 80% de la CVF expira en el 1° segundo. Un FEV1 / CVF del 75% sería más probable en un adulto.

EFECTO DE LA CAJA TORÁCICA SOBRE LA EXPANSIBILAD PULMONAR

DISTENSIBILIDAD DEL TORAX Y DE LOSPULMONES EN CONJUNTO

110 ml de volumen/cm H2O de presión

200 ml de volumen/cm H2O de presión

TRABAJO DE LA RESPIRACIÓN

Trabajo elástico

Trabajo de resistencia tisular

Trabajo de resistencia de las vías aéreas

ENERGIA NECESARIA PARA LA RESPIRACIÓN

3-5%

Aumenta hasta50 veces

VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

REGISTRO DE LAS VARIACIONES DEL VOLUMEN PULMONAR: ESPIROMETRÍA

Registro del volumendel aire que entra y salede los pulmones

VENTILACIÓN ALVEOLAR

ESPACIO MUERTO Y SU EFECTO SOBRE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR

ESPACIO MUERTO ANATÓMICO FRENTE A FISIOLÓGICO

FRECUENCIA DE LA VENTILACIÓN ALVEOLAR

VA)

VA

VA= volumen de la ventilación alveolarFR= frecuencia respiratoria por minutoVC= volumen corrienteVM= espacio muerto fisiológico

KEYS POINT

*Para que el aire entre y salga de los pulmones debe de existir una diferencia de presiones.

*La inspiración se logra haciendo que la presión alveolar caiga por debajo de la presión atmosférica.

*La espiración se realiza cuando la presión alveolar es mayor que la presión atmosférica.

*El volumen es inversamente proporcional a la presión.

*Presión intrapleural: -3 -5 cm h2o.

*Diafragma: musculo principal de la respiración.

*La espiración es un proceso pasivo.

*La capacidad residual funcional será el volumen pulmonar en el que el retroceso hacia afuera de la pared torácica es = al retroceso interno de los pulmones.

*La distensibilidad pulmonar es el volumen que expande los pulmones por cada aumento unitario de presión transpulmonar.

*El surfactante es fabricado por las células epiteliales alveolares tipo II.

*La capacidad residual funcional será el volumen pulmonar en el que el retroceso hacia afuera de la pared torácica es = al retroceso interno de los pulmones.

KEYS POINT

*La resistencia del tejido pulmonar es causada por la fricción que se produce cuando los tejidos pulmonares se mueven unos contra otros o hacia la pared torácica a medida que el pulmón se expande.

*El flujo de aire puede ocurrir como flujo laminar o turbulento

KEYS POINT

*La resistencia pulmonar; disminuye con el aumento del volumen pulmonar.

*Las pequeñas vías respiratorias son bastantes distensibles como comprensibles.

*Disminución de la resistencia es también debida a la tracción de las vías aéreas pequeñas .

KEYS POINT

*La espiración forzada comprime las vías aéreas cuando la presión intrapleural es positiva.

*Una manera de evaluar la resistencia de las vías aéreas respiratorias es mediante la observación de las espiración forzada.

KEYS POINT

*La distensibilidad del sistema pulmón-tórax combinado es casi exactamente la mitad que la de los pulmones solos.

*Los músculos respiratorios realizan un trabajo para producir la inspiración, pero no para la espiración.

KEYS POINT

*La espirometría es un método que estudia la ventilación pulmonar, registra el movimiento del volumen del aire que entra y sale de los pulmones.

*El volumen minuto es la cantidad total de aire nuevo que pasa hacia las vías respiratorias en cada minuto.

KEYS POINT

*El espacio muerto anatómico es la parte del aire que respira una persona que nunca llega a las zonas de intercambio gaseoso.

*El espacio muerto fisiológico es el espacio muerto alveolar.