mecánica de la respiración
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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.