MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN
ALEJANDRO GÓMEZ RODAS
PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y LA RECREACIÓN
ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUDFISIOTERAPEUTA Y KINESIÓLOGO
INSPIRACIÓN• Músculo más importante: DIAFRAGMA– Contracción:• Empuja contenido abdominal hacia inferior y anterior
• Aumenta la dimensión vertical de la cavidad torácica
• Los márgenes costales se levantan y alejan, aumentando el diámetro transversal del tórax
• Respiración tranquila:– Nivel del diafragma se desplaza 1 cm
• Inspiración forzada:– Nivel del diafragma se desplaza 10 cm
• Cuando el diafragma se paraliza asciende
INSPIRACIÓN
• Músculos intercostales externos:– Contracción:
• Llevan las costillas hacia arriba y hacia delante
• Aumentan los diámetros lateral (asa de cubo) y anteroposterior del tórax
• Su parálisis no afecta gravemente la respiración porque el diafragma es muy eficaz
INSPIRACIÓN• Músculos accesorios de la inspiración:
– Escalenos: Elevan las dos primeras costillas– Esternocleidomastoideo: Eleva el esternón– Serrato posterior superior– Elevadores de las costillas– Pectoral mayor y menor– Serrato anterior– Subcostales– Trapecio– Alares de la nariz
• Existe escasa actividad en reposo, durante el esfuerzo, contracciones enérgicas
ESPIRACIÓN
• Pasiva en respiración de reposo:
– Pulmón y pared torácica elásticas, tienden a regresar a su posición de equilibrio tras la expansión en la inspiración
ESPIRACIÓN• Durante el esfuerzo se contraen:– Músculos de la pared abdominal:• Recto abdominal• Oblicuos internos y externos• Transverso del abdomen
– ↑ Presión intrabdominal – diafragma empujado hacia arriba
– Músculos intercostales internos:• Empujan las costillas hacia abajo y hacia dentro• Disminuyen el volumen torácico
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• Para que el aire penetre en los pulmones, la presión en su interior debe hacerse inferior a la atmosférica, lo que se logra:– Aumentando el volumen (tamaño) de los pulmones
• La presión de un gas en envase cerrado es inversamente proporcional al volumen del envase:– Si el tamaño del envase cerrado aumenta, la presión
disminuye y viceversa (Ley de Boyle)
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• Por tanto, para producir una inspiración, los pulmones han de expandirse:– Se necesita aumento del volumen pulmonar y
reducción de presión al interior para poder generar inspiración (tarea del diafragma)
• Justo antes de la inspiración:– La presión intrapleural es 4 mmHg inferior a la
atmosférica (756 mmHg)
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• Cuando el volumen de los pulmones aumenta (por contracción del diafragma):
– La presión en su interior (presión alveolar) baja de 760 mmHg a 758 mmHg
– La presión intrapleural baja aún más de 756 mmHg a 754 mmHg
• Se crea un gradiente de presión entre atmósfera y alvéolos produciéndose la inspiración
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN• La espiración se efectúa también por un
gradiente de presión:– Presión en pulmones superior a la atmosférica– Es un proceso pasivo (respiración tranquila) por:
• Recuperación de fibras elásticas distendidas en inspiración
• Empuje hacia dentro tensión superficial por capa de líquido alveolar
• Relajación de músculos inspiratorios• Se reduce dimensión vertical y anteroposterior de caja
torácica
– Disminuye volumen pulmonar y aumenta presión alveolar a 762 mmHg e intrapleural a 756 mmHg
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Curva presión – volumen:
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• La pendiente de la curva presión – volumen o el cambio de volumen por unidad de presión se denomina:– DISTENSIBILIDAD:• Es de unos 200 ml/cmH₂O en intervalo normal de
expansión de -5 a -10 cmH₂O
• Con presiones de expansión elevadas, el pulmón es más rígido como demuestra la pendiente aplanada de la curva
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Causas disminución distensibilidad:– ↑ del tejido fibroso pulmonar (fibrosis pulmonar)
– Edema alveolar• Impide la insuflación de alvéolos
– Para de la ventilación por largo período
– Atelectasia (colapso)
– Aumentos de tensión superficial
– Aumento de la presión venosa pulmonar• Pulmón se congestiona con sangre
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Causas aumento de la distensibilidad:– Enfisema pulmonar
– Pulmón sano de mayor edad:• En ambos casos: alteración del tejido elástico de los
pulmones
– Durante crisis asmáticas sin estar claros los motivos
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• La presión que rodea a los pulmones es menor que la atmosférica debido a:– La retracción elástica del pulmón (tendencia a
volver a su volumen de reposo después de la distensión)• Constitución de fibras elásticas y colágeno en:
– Paredes alveolares– Vasos sanguíneos– Bronquios
– Tiene más que ver la disposición geométrica de las fibras que la misma propiedad elástica de las fibras
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Tensión superficial:– Las fuerzas de atracción entre moléculas adyacentes de
líquido son mucho más intensas que las fuerzas entre el líquido y el aire, así:• La superficie del líquido se hace tan pequeña como le es
posible
• La superficie de una burbuja de jabón al final de un tubo, se contrae cuanto puede formando una esfera:
• La esfera ocupará la menor superficie posible para un determinado volumen
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Tensión Superficial:
– Para oponerse a la fuerza de tensión superficial, las células tipo II de los alvéolos secretan:
• Surfactante o agente tensioactivo:
– Fosfolípido: dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC)
– Se sintetiza a partir de ácidos grasos extraídos de sangre y sintetizados en los pulmones
– Su síntesis y recambio es rápida
– Si desparece el flujo sanguíneo en una región pulmonar, por un émbolo, por ejemplo, desaparece el agente tensioactivo
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Ventajas del agente tensioactivo:– Una baja tensión superficial en pulmones aumenta
su distensibilidad, disminuyendo el trabajo de expandirlo
– Los alvéolos tienen una tendencia inherente a colapsarse, el agente tensioactivo reduce esta tendencia
– Contribuye a mantener los alvéolos secos:• La tensión superficial succiona líquido al interior de los
alvéolos desde los capilares• El agente tensioactivo disminuye la trasudación de
líquido
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Consecuencias de la pérdida del agente tensioactivo:– Pulmones rígidos (escasa distensibilidad)
– Áreas de atelectasia
– Alvéolos llenos de trasudado
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN
• La presión intrapleural es menos negativa en la base de los pulmones que en el vértice:– Por el propio peso del órgano
– Todo lo que se sostiene necesita una mayor presión abajo que la necesaria arriba
– Así, la presión en la base es mayor (menos negativa) que en el vértice
– Así, la presión de expansión en la base del pulmón es pequeña, con un volumen de reposo pequeño:• Como se sitúa en una parte empinada de la curva presión-
volumen, se expande bien con la inspiración
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN
• Diferencia regional en la ventilación:– Así, la base del pulmón tendrá un mayor cambio
de volumen y un volumen menor que el vértice, por tanto:• La ventilación es mayor en la base del
pulmón!!
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN
• Con volúmenes pulmonares bajos (tras una espiración completa), se produce cambio en la distribución de la ventilación pulmonar:– Las presiones intrapleurales son menos negativas
– Las fuerzas de retracción elástica son menores
– Siguen existiendo diferencias entre el vértice y la base, a causa del peso del pulmón
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN
• Con volúmenes pulmonares bajos:– La presión intrapleural supera la presión de la vía
respiratoria (atmosférica): no se expande entonces la base pulmonar, se comprime y la ventilación se hace imposible
– Se necesita entonces descender la presión intrapleural para lograr ventilación
– El vértice pulmonar se encuentra en una parte favorable de la curva presión-volumen y ventila bien:
• Así, con volúmenes pulmonares bajos, la distribución de la ventilación se invierte!
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN
• Cierre de las vías respiratorias:– La región pulmonar en la base no expulsa todo
el aire:• Pequeñas vías respiratorias, en región de
bronquiolos respiratorios, se cierran antes, atrapando aire
• Este atrapamiento sucede con volúmenes pulmonares muy pequeños, en personas jóvenes y sanas
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN
• Cierre de las vías respiratorias:– En personas de mayor edad, este cierre sucede
con volúmenes más elevados por:• Pérdida de retracción elástica
• Las presiones intrapleurales se vuelven menos negativas, acercándose a la ventilación invertida
• Conduciendo a déficit de intercambio de gases• Esto támbién se observa en algunos tipos de
neumopatía crónica
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LA PARED TORÁCICA
• El pulmón es elástico, la caja torácica también!• Si se introduce aire en el espacio intrapleural,
elevando la presión a atmosférica:– El pulmón se colapsa hacia adentro– La pared torácica se dirige hacia fuera
• En situaciones de equilibrio:– La tendencia del pulmón a retraerse a su volumen
desinflado:• Se equilibra con la tendencia de la caja torácica a expandirlo• Como resultado, la presión intrapleural es subatmosférica
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Flujo aéreo por tubos:– Cuando el aire fluye a través de un tubo:
• Existe diferencia de presión entre los extremos del tubo
• La diferencia de presión depende de:– La velocidad del flujo
– El patrón del flujo
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• A velocidades bajas:– Las líneas de la corriente son paralelas a las laterales
del flujo:• Se conoce como: FLUJO LAMINAR
• A velocidades más altas:– Aparece inestabilidad, se forman remolinos locales
• Se conoce como: FLUJO DE TRANSICIÓN
• A velocidades más elevadas:– Se genera completa desorganización:
• Se conoce como: FLUJO TURBULENTO
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• En el pulmón, sistema considerado de rápida ramificación:– Es probable existencia de flujo laminar sólo en vías
respiratorias muy pequeñas
– En la mayor parte del árblol bronquial, el flujo es de transición
– La turbulencia se puede producir especialmente en la tráquea, sobretodo, con esfuerzo, con velocidades de flujo elevadas
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Factores que determinan la resistencia de las vías respiratorias:– El calibre de los bronquios aumenta por tracción
radial del tejido circundante cuando los pulmones se expanden
– La contracción de la musculatura lisa bronquial estrecha las vías respiratorias y aumenta su resistencia
– Los bronquios de tamaño medio son los que más contribuyen a la resistencia en la vía aérea
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías respiratorias:– Así se genere un esfuerzo voluntario para acelerar
el flujo del aire espirado:• La velocidad del flujo será independiente del esfuerzo• El flujo espiratorio está poderosamente limitado por el
volumen pulmonar
– La razón del fenómeno es la compresión de las vías respiratorias por la presión intratorácica
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías respiratorias:– Antes de iniciar la inspiración,
todas las presiones en las vías respiratorias y en los alvélolos son atmosféricas: cero (no hay flujo), con presión intrapleural de -5 cmH₂O y, por tanto, una presión de 5 cmH₂O que mantiene abierta la vía respiratoria
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías respiratorias:– Cuando empieza la inspiración
la presión intrapleural y alveolar disminuyen 2 cmH₂O y se inicia el flujo.
– Por la caída de presión en la vía respiratoria, la presión en el interior es de -1 cmH₂O, quedando una presión de 6 cmH₂O que mantiene abierta la vía respiratoria
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías respiratorias:– Al final de la inspiración,
el flujo es de nuevo cero y existe una presión transmural en la vía respiratoria de 8 cmH₂O
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías respiratorias:
– Al iniciar la espiración forzada, tanto la presión intrapleural como la alveolar aumentan a 38 cmH₂O
– Al iniciar el flujo, cae la presión a lo largo de la vía respiratoria a 19 cmH₂O, quedando una presión de 11 cmH₂O que tiende a cerrar la vía, colapsándola
– Así, el flujo espiratorio se vuelve independiente del esfuerzo
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Patrón de espiración forzado normal:– El cociente entre el
volumen espiratoria forzado en un segundo (FEV1) y la capacidad vital forzada (FVC) es de 80%
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Patrón de espiración forzada en enfermedades obstructivas:
– El cociente entre el (FEV1) y la (FVC) es de 42%, con disminución de la (FVC)
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• Patrón de espiración forzada en enfermedades restrictivas:
– El cociente entre el (FEV1) y la (FVC) es de 90% , con gran disminución de la (FVC)
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS• La compresión dinámica de las vías respiratorias es
el mecanismo responsable de:– El mayor porcentaje de la dificultad respiratoria en los
pacientes con EPOC
– La reducida tolerancia al ejercicio en los pacientes con EPOC por:• Incremento en la resistencia de las pequeñas vías aéreas, lo
que lleva a que la presión espiratoria se pierda más rápidamente desde el alvéolo hasta los conductos aéreos
• La reducción en la retracción elástica del parénquima pulmonar
• Pérdida de la tracción radial que disminuye el calibre de las vías aéreas
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• De esta forma, la compresión dinámica de las vías respiratorias:– Limita el flujo aéreo en personas sanas durante una espiración
forzada
– Esta limitación se da enfermedades pulmonares a velocidades de flujo espiratorio menores, disminuyendo posibilidad de esfuerzo
– Se ha reportado durante espiraciones energéticas en el ejercicio intenso
– Limita el flujo aún más si existe aumento en la resistencia de las vías respiratorias
– Se aumenta en alteraciones de la tracción radial (enfisema) provocando cierre mayor de las vías respiratorias
CAUSAS DE LA VENTILACIÓN DESIGUAL
• La magnitud de la ventilación depende de:– Distensibilidad pulmonar:• La limitación en la distensibilidad pulmonar durante la
inspiración produce cambios rápidos en el volumen pulmonar pero pequeños
– Resistencia de las vías respiratorias:• Los aumentos en la resistencia de las vías respiratorias
provocan que la inspiración sea lenta y no se alcance el volumen completo pulmonar antes de que se empiece a exhalar
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