MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN

MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN ALEJANDRO GÓMEZ RODAS PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y LA RECREACIÓN ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUD FISIOTERAPEUTA 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: dipalmitoilfosfatidilcolina (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

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