CICLO VENTILATORIO Trabajo resistivo y elástico

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2. OBJETIVOS clic clic clic El uso de la descripción gráfica de los fenómenos es muy común en fisiología, pues las relaciones de las variables no son lineales. Es necesario reforzar el conocimiento de diferentes aspectos físicos. La ventilación se describe en dos movimientos: inspiración y espiración. La forma gráfica mas simple es la del ciclo ventilatorio que se presenta en esta clase y representa presión alveolar, presión pleural y volumen. El trabajo ventilatorio es sumamente complejo en su mecánica, aún descrita en forma simplificada con el comportamiento del pulmón y de la caja torácica. El trabajo elástico se describe como la fuerza o energía necesaria para estirar las estructuras elásticas del pulmón y de la caja torácica. Existen patologías llamadas restrictivas ( fibrosis, defectos musculares, edema pulmonar) que aumentan este trabajo. . - . El trabajo resistivo o de las vías aéreas se describe como la fuerza o energía necesaria para producir el ingreso y egreso de gas a través de tráquea, bronquios, bronquiolos. Existen patologías llamadas obstructivas (enfisema, asma, bronquitis ) que aumentan este trabajo. . - Ver las clases de Trabajo ventilatorio, Trabajo Elástico, Trabajo Resistivo

3. ASPECTOS FISICOS TRABAJO VENTILATORIO NORMAL RESISTIVO AUMENTADO ELASTICO AUMENTADO CICLO VENTILATORIO MENU GENERAL

4. clic clic Se realiza un trabajo ventilatorio a fin de ingresar y eliminar el gas en el pulmón. Este trabajo está determinado no sólo por el volumen del gas sino también por las resistencias que se oponen a su movimiento. RES I ST ENC I AS Laresistencia de las vías aéreas o dinámicase analiza en su manera mas simple por la ley de Poiseuille y se considera la variable fundamental en este proceso el radio en su cuarta potencia. R = D P / V R = 8 h l / p r 4 Esta resistencia se halla aumentada en patologías como asma, bronquitis, enfisema y obstrucción de vías aéreas mayores. La resistencia elásticao la que ofrece el pulmón a su estiramiento está determinada por las características del tejido elástico del intersticio o del alveolo, de la tensión superficial y la acción del surfactante, de la interacción de la estructura elástica de todo el pulmón. La variación de volumen lograda se relaciona con la presión transpulmonar ( PTP = PA – Ppl ) a flujo cero y se calcula la complacencia . . C = D V / D PTP La complacencia disminuida indica una resistencia elástica aumentada y está presente en fibrosis pulmonar, falta de surfactante y otras patologías. MENU Ver clases Obstrucción, Complacencia, Hidrodinámica 1 de 3

5. clic clic Cuando se trata de cuantificar las variaciones en un elástico que no es lineal, sino tridimensional, como el pulmón, las modificaciones producidas serán de volumen (V) y la acción sobre el sistema elástico se producirá por una fuerza sobre la unidad de superficie, es decir una presión. ( D P ). La resistencia que el sistema elástico opone al estiramiento se define por la relación entre presión y volumen ( D P / DV ), que tiene un significado similar al módulo de Hooke ). (ver la clase Trabajo Ventilatorio) SISTEMAS ELASTICOS El problema en fisiología respiratoria es la medición de las variables adecuadas para la cuantificación del fenómeno elástico producido en el cambio de longitud del sistema (inspiración y espiración ). Lamedición de los cambios de volumenno ofrecen mayores problemas, aunque deben incluir sistemas fiables y reproducibles y los valores deben ser normalizados por presión barométrica y temperatura. Lamedición de la presiónresponsable del cambio de volumen del pulmón ofrece las dificultades propias de un elástico tridimensional que tiene una presión interna (Presión alveolar) y una presión externa (Presión pleural ). La diferencia entre estas presiones es la responsable de las modificaciones producidas. Existen ciertas dificultades para su medición que se unen a otros problemas reales de interacción de estructuras, de posición corporal, de la presencia de sustancias que modifican las................ .................................. características elásticas. . MENU 2 de 3

6. L F L F L F clic clic L F L F L F Cuando se realiza el estiramiento de un elástico que no sufre fricción se produce un alargamiento ( L ) proporcional a la fuerza aplicada ( F ). SIN FRICCIÓN El trabajo es igual al producto de la fuerza aplicada por el estiramiento producido ( T = F *Δ l ).Se puede definir un área que corresponde a la sumatoria de ese producto en cada punto y corresponde altrabajo elástico. Al realizar el estiramiento del elástico si además de la resistencia interna sufre un roce externo, para la misma fuerza aplicada en cada punto se alcanzará una menor longitud. CON FRICCIÓN Se puede hallar un área del nuevo producto entre F y L que define eltrabajo resistivo o por fricción o dinámico. Hay dos puntos comunes a ambos procesos que corresponden al inicio y al final, donde no hay movimiento. MENU 3 de 3

7. CFR + 1 CFR + 0.5 CFR clic clic +1 +1 PA PA O O -2 -2 Ppl Ppl -5 -5 V V 0 2 4 6 8 10 Inspiración Espiración Inspiración Espiración Ppl cmH20 El pulmón normal ofrece resistencia de las vías aéreas y elástica. TRABAJO NORMAL El ciclo ventilatorio descrito anteriormente en el proceso inspiratorio es sumamente útil para conocer el comportamiento de numerosas variables en el tiempo. Para conocer eltrabajo ventilatoriodebe asociarse la presión pleural necesaria para inspirar o espirar y el cambio de volumen producido. La condición de reposo ventilatorio está en un volumen que corresponde a la Capacidad Funcional Residual y a una presión intrapelural de –2 cmH20. El fin de la inspiración se da en este grafico en un volumen de la CFR + 1litro y la Ppl de –6 cmH20. El área marcada corresponde altrabajo elásticorealizado Para que se produzca ingreso del gas, durante la inspiración, se debe incorporar una energía adicional para vencer la resistencia de las vías al paso del gas. Es eltrabajo resistivo. MENU 1 de 1

8. CFR + 1 CFR + 0.5 CFR clic clic clic 0 2 4 6 8 10 Ppl cmH20 TRABAJO RESISTIVO El pulmón patológico puede ofrecer una resistencia elástica normal y una resistencia de las vías aéreas aumentada. En el modelo que se presenta, como en el caso anterior, la Ppl es de –2 cmH20 y la inspiración comienza a partir del volumen de Capacidad Funcional Residual. El fin de la inspiración se alcanza en este grafico a un volumen igual a la CFR mas 1litro y la Ppl de aproximadamente - 6 cmH20. El área marcada corresponde altrabajo elásticorealizado Para que se produzca ingreso del gas, durante la inspiración, se debe utilizar una energía adicional para vencer la resistencia de las vías al paso del gas. Es eltrabajo resistivo aumentado. Debe observarse que la mayor variación de Ppl supera los –8 cmH20 . MENU 1 de 2

9. CFR + 1 CFR + 0.5 CFR clic clic clic 0 - 2 - 4 -6 - 8 - 10 Ppl cmH20 Se ha descrito la existencia de una energía acumulada en el pulmón durante la inspiración lo que determina la posibilidad de que la espiración sea pasiva,sin contracción de los músculos espiratorios TRABAJO RESISTIVO Cuando se relajan los músculos inspiratorios hay una energía que se libera llamada en clínica “ retracción elástica” y permite al pulmón volver a las condiciones de reposo iniciales sin necesidad de incorporar energía adicional al sistema. Si la resistencia espiratoria es mayor a la del ejemplo anterior y se necesita producir presiones que están fuera del área de trabajo elástico generado durante la inspiración, será necesaria la producción de una contracción de los músculos espiratorios Se debe producir unaespiración activa. No se debe confundir este fenómeno con la presión positiva que se genera necesariamente en el alveolo durante la espiración. MENU 2 de 2

10. CFR + 1 CFR + 0.5 CFR clic clic clic clic 0 2 4 6 8 10 Ppl cmH20 El pulmón patológico puede ofrecer una resistencia elástica aumentada por modificación del parénquima pulmonar, falta de surfactante, cicatrización de tejido. La patología típica es la fibrosis pulmonar. TRABAJO ELASTICO En el modelo que se presenta, como en el caso anterior, la Ppl es de –2 cmH20 y la inspiración comienza a partir del volumen de Capacidad Funcional Residual. El fin de la inspiración se alcanza a un volumen igual a la CFR mas 1litro y la Ppl es de aproximadamente - 12cmH20 para un volumen de la CFR + 1 litro. El área marcada correspondeal trabajo elásticorealizado La resistencia de las vías aéreas está reducida y por ello eltrabajo resistivoes menor al normal. Debido a lacomplacencia disminuida(resistencia elástica aumentada) hay gran cantidad de energía elástica incorporada durante la inspiración, que se utiliza en una espiración pasiva a flujos aumentados con respecto al normal. MENU 1 de 1

11. clic +1 PA O -2 Ppl -5 V Elciclo ventilatorioes una forma común de describir las variaciones de presión, volumen y numerosas variables que se grafican en ordenadas. CICLO VENTILATORIO Su forma mas simple incluye lapresión alveolar , lapresión pleural y elvolumen En abscisas se encuentra el tiempo que habitualmente se presenta como la inspiración y la espiración. Se describe el comportamiento de unpulmón monoalveolar u homogéneoy es una herramienta sumamente útil para comprender el fenómeno de los movimientos ventilatorios. Puede complicarse hasta el infinito añadiendo variables. La variable que comúnmente se mide en clínica es el volumen. Para medir la presión pleural se debe colocar un balón en esófago en una posición preestablecida en el tórax. Inspiración Espiracion Un equivalen te de la presión alveolar se puede obtener en la boca con equipos que interrumpen el flujo periódicamente. MENU 1 de 6

12. clic clic En las condiciones de reposo ventilatorio, al inicio de unainspiraciónla presión en el alveolo es cero, la presión intrapleural es ligeramente subatmosférica y el volumen pulmonar está a nivel de CFR (que suele graficarse como volumen cero). CICLO VENTILATORIO La contracción de los músculos inspiratorios desplaza los sistemas elásticos de su condición inicial y se genera unapresión pleuralmas subatmosférica, la que se mantiene mientras persista la acción muscular. Parte de la energía del proceso queda en el sistema como energía elástica, necesaria para cambiar el volumen del pulmón. Si la energía del sistema es suficiente para reducir a valores subatmosféricos lapresión alveolar, se producirá el ingreso de un volumende gas al pulmón. MENU 2 de 6

13. clic clic clic Lainspiraciónse realiza con un trabajo ventilatorio que vence las resistencias dinámica y elástica y con un gradiente adicional de presión entre el alveolo ( PA ) y la boca ( Pbo ) se produce el ingreso de gas. Hay parte del trabajo realizado que no se traduce en movimiento de gas y existe en el pulmón como energía elástica. CICLO VENTILATORIO Al producirse la relajación de los músculos inspiratorios se produce en condiciones normales unaespiraciónpasiva o sin contracción de los músculos espiratorios, hasta Capacidad Funcional Residual ( CFR ). Lapresiónpleuralvuelve a los valores subatmosféricos del reposo ventilatorio. Se genera unapresión positiva en el alveolopor la compresión del gas y por la liberación de la energía elástica, acumulada durante la inspiración. El gradiente de presión positiva en alveolo y cero en la boca conduce a laeliminación del gas del pulmón. MENU 3 de 6

14. clic clic +1 +1 PA PA O O -2 -2 Ppl Ppl -5 -5 V V Inspiración Espiración Inspiración Espiración CICLO VENTILATORIO Es necesario analizar el ciclo ventilatorio a fin de entender la importancia del trabajo ventilatorio necesario para incorporar los volúmenes de gas necesarios para una actividad metabólica normal o incrementada. Se ha definido trabajo como la sumatoria el producto de presión por volumen en cada uno de los puntos que comprende la inspiración; lo mismo es válido para la espiración. Existe un trabajo ventilatorio necesario para lograr el estiramiento del pulmón desde el comienzo hasta el fin de la inspiración, lo que significa vencer la resistencia elástica del sistema. La energía aportada para este proceso no se traduce en ingreso de gas y es responsable de la retracción elástica pulmonar durante la espiración. Para que se produzca el ingreso del gas es necesario que se genere una presión adicional, a fin de vencer la resistencia de las vías al desplazamiento del gas. MENU 4 de 6

15. +1 clic clic PA O -2 Ppl -5 V Inspiración Espiración CICLO VENTILATORIO Haypatologías como enfisema, estado de mal asmático, obstrucción de vías aéreas superiores, que aumentan la resistencia de las vías aéreasal desplazamiento del gas. La resistencia elástica puede ser normal o estar disminuida (complacencia aumentada). Se debe entregar una cantidad adicional de energía a este proceso si se desea mantener el volumen de gas incorporado y por su intermedio el mantenimiento de la actividad metabólica del organismo. El aumento del trabajo ventilatorio en las patologías mencionadas es fundamentalmenteresistivo, lo que hace necesario un mayor aumento de la presión intrapleural, a fin de compensar la pérdida de energía en los fenómenos de incorporación de gas al pulmón. El trabajo elástico puede estar normal o aún disminuido, debido a la alteración de la estructura elástica en las patologías mencionadas . Lacomplacencia aumentadadetermina que es menor la energía necesaria para aumentar el volumen pulmonar. MENU 5 de 6

16. clic +1 +1 +1 +1 PA PA PA PA O O O O -2 -2 -2 -2 Ppl Ppl Ppl Ppl -5 -5 -5 -5 V V Inspiración Espiración Inspiración Espiración Inspiración Espiración Inspiración Espiración Se ha mostrado el comportamiento de un pulmón normal. CICLO VENTILATORIO En patologías comola fibrosis pulmonar, la disminución de la producción de surfactante o sustancias tensioactivas, disminución de la complacencia pulmonar estática,hay un aumento de la resistencia elástica y también del trabajo elástico realizado. Para mover el mismo volumen de gas es necesario aumentar la presión pleural, ya que se necesita mayor energía para el estiramiento del pulmón a igual volumen. NORMAL FIBROSIS RESUMEN FINAL MENU 6 de 6

17. clic clic CONCLUSIONES Se han descrito en esta clase, de manera elemental conceptos físicos necesarios, que también se muestran ampliados en otras clases que deberán ser consultadas (Hidrodinámica, Complacencia, Obstrucción diurna y nocturna, Trabajo ventilatorio, Trabajo resistivo, Trabajo elástico, Exploración funcional pulmonar, Curva flujo volumen ). . . • El trabajo ventilatorio para asegurar un normal ingreso y egreso de gases (O2 y CO2) se ha descrito en sus aspectos elásticos y de resistencia de las vías aéreas. Esta división se fundamenta en las patologías mas importantes del sistema ventilatorio: • Restrictivas o con aumento del trabajo elástico • Obstructivas o con aumento del trabajo resistivo o de las vías aéreas La ventilación se ha descrito con el ciclo ventilatorio, gráfico clásico del aprendizaje en fisiología que puede ser completado con numerosas variables no presentadas aquí, generalmente utilizados en clínica. La medición del volumen espiratorio es la mas habitual en los laboratorios de exploración funcional pulmonar por su relativa simplicidad. También se realiza la medición de la presión alveolar y pleural en pruebas de mayor especialización y para el cálculo del trabajo ventilatorio. FIN