Mecanica De La Ventilacion

Mecánica de la ventilación El trabajo ventilatorio es llevado a cabo por el componente neuromuscular que involucra al diafragma y los músculos accesorios actuando sobre las estructuras elásticas pasivas del pulmón y el tórax. Parte de este trabajo requiere vencer la resistencia pasiva que estas estructuras ofrecen que se conoce como resistencia elástica a la ventilación. Una vez vencida esta resistencia, el cambio de volumen alveolar genera un cambio de presión (ésta se vuelve subatmosférica) gracias a la ley de Boyle-Mariotte (P1* V1 = P2 * V2 ) y comienza a registrarse flujo de aire entre la atmósfera y el alvéolo. A su vez, el flujo de aire debe vencer la resistencia ofrecida por las vías aéreas (resistencia no elástica). La elasticidad del sistema toracopulmonar permite luego de terminada la fuerza que lo deformó, retornar a la situación de reposo (de la misma manera que al tensar la cuerda de un arco, la energía queda almacenada para liberarse al soltar la flecha).

Resistencia elástica

El pulmón es un cuerpo elástico. Los cuerpos elásticos son los que tienden a volver a su punto de reposo (es decir, a su forma original) una vez que se deforman. La distensibilidad o compliance se puede entender como la fuerza que debemos aplicar para sacar a una banda elástica , por ejemplo, de su punto de reposo. Es decir, la modificación del volumen pulmonar por cada unidad de cambio de la presión transpulmonar. En tanto que la elasticidad se puede describir como la fuerza que hace que el elemento retorne al punto de reposo. Al pulmón también se lo puede describir como un cuerpo distensible y elástico a la vez. La distensibilidad o compliance se caracteriza por el cociente: Compliance = ΔV ΔP Donde ΔV corresponde al cambio de volumen (en este caso volumen de aire movilizado en el pulmón) y ΔP corresponde al cambio de unidad de presión (es decir, al gradiente de presión que hay que generar para introducir un volumen de aire en el pulmón).

El concepto de distensibilidad tiene el mismo significado en el sistema respiratorio que en el cardiovascular: alude a la capacidad del sistema para distenderse. En el sistema respiratorio el interés primario se centra en la distensibilidad de los pulmones y pared torácica. No hay que olvidar que la distensibilidad es una medida del cambio del volumen como resultado de un cambio de presión. Por lo tanto, la distensibilidad pulmonar describe el cambio del volumen para un determinado cambio de presión. La distensibilidad de los pulmones y pared torácica guarda una relación inversa con sus propiedades elásticas o elastancia. Para medir la distensibilidad pulmonar es necesario medir al mismo tiempo presión y volumen pulmonar. Sin embargo, el término “presión” puede ser ambiguo, puesto que puede significar presión dentro y fuera de los alvéolos o incluso transmural a través de las paredes alveolares. Por convención, el término se refiere a la presión transmural o presión transpulmonar. Esta es la presión a traves de las paredes alveolares; en otras palabras, es la diferencia entre presión intralaveolar e intrapleural (el espacio intrapleural se sitúa entre los alvéolos y la pared torácica.)

Si se aplica esta fórmula a la respiración normal de un individuo podríamos decir que el cambio de volumen corresponde, por ejemplo, al volumen corriente, en tanto que el cambio de presión corresponde a la presión intrapleural. Descripción de la rama inspiratoria: Fase I: corresponde al inicio de la inspiración. Debe advertirse que aquí hay que generar un gradiente de presión importante en relación con el poco volumen inspirado. Fase II: ocupa casi toda la inspiración. Se observa que con escaso gradiente de presión se moviliza un volumen importante de aire inspirado. Esa Fase se define como la curva “ideal” de compliance dado que con sólo un pequeño esfuerzo se inspira gran cantidad de aire. Además, es importante destacar que es el lugar más eficiente, donde con el menor “trabajo respiratorio” se obtiene la mayor respuesta. Fase III: Observamos que a medida que se incrementa el volumen pulmonar hay que generar mayor gradiente de presión para ingresar un volumen de aire. En una inspiración normal está fase corresponde al final

De la interpretación de esta curva se desprende que uno de los determinantes de la compliance pulmonar es el volumen. El tamaño pulmonar es otra variable que afecta la compliance dado que, cuanto más grande sea el pulmón mayor gradiente de presión habrá que generar para movilizar un volumen de aire. Un fenómeno interesante es que la relación entre el cambio de volumen por cambio en la unidad de presión es diferente en la inspiración y en la espiración. Parece que para el mismo gradiente de presión se logra movilizar más volumen pulmonar en la espiración que en la inspiración. La diferencia de la curva de compliance para la inspiración respecto de la espiración se denomina histéresis pulmonar y se debe, fundamentalmente a la presencia del surfactante. Ésta es una sustancia fosfolipídica, cuya función principal es disminuir la tensión superficial.

Distensibilidad de los pulmones La relación presión-volumen pulmonar se determinó en un pulmón aislado (ver figura), el cual se resecó y se colocó en un recipiente. El espacio fuera del pulmón es análogo a la presión intrapleural. La presión fuera del pulmón se modificó utilizando una bomba de vacío para simular cambios de la presión intrapleural. A medida que se alteró la presión fuera del pulmón, se midió el volumen del pulmón con un espirómetro. El pulmón se insufla con presión negativa externa y luego se desinsufla reduciendo dicha presión negativa exterior. La secuencia de insuflación seguida por desinsuflación genera una curva cerrada de presión-volumen. La pendiente de cada rama de esta curva cerrada de presión-volumen es la distensibilidad del pulmón aislado. En el experimento, las vías respiratorias y los alvéolos están abiertos a la atmósfera y la presión alveolar es igual a la presión atmosférica. Conforme la bomba de vacío hace más negativa la presión en el exterior, el pulmón se insufla y su volumen aumenta. Esta presión negativa externa que expande los pulmones se denomina presión expansiva. Los pulmones se llenan de aire a lo largo de la rama de inspiración de la curva cerrada de presión volumen. Con presiones de expansión más altas, los alvéolos se hacen más rígidos y menos distensibles, dado que se estiran hasta el límite y la cura se aplana. Con los pulmones expandidos al máximo, la presión exterior a los pulmones se hace gradualmente menos negativa y el volumen

Un aspecto importante de la curva cerrada de presión-volumen es que la pendiente de las ramas de inspiración y espiración es diferente, lo que se conoce como histéresis. Dado que la pendiente de la relación presión-volumen es la distensibilidad, se infiere que la distensibilidad pulmonar también debe ser diferente en la inspiración y espiración. Para una presión externa determinada, el volumen del pulmón es mayor durante espiración que durante la inspiración (esto es, la distensibilidad es mayor durante la espiración que durante la inspiración). Por lo regular, la distensibilidad se mide en la rama de espiración de la curva cerrada de presión-volumen, puesto que la rama de inspiración se complica con una disminución de la distensibilidad cuando la presión de expansión es máxima.

Conceptos de compliance y elasticidad.

Curva de compliance normal

Tensión superficial Es la fuerza que actúa sobre una línea imaginaria de 1 cm de largo en la superficie de un líquido y se debe a la mayor atracción entre las moléculas de líquido que con las del gas de la interfase. Ley de Laplace La presión es directamente proporcional a doble de la tensión e inversamente proporcional al radio en una esfera. P = 2 T ; T = Tensión, r = radio r

Ley de Laplace A igual tensión superficial, el globo que tendrá mayor presión será aquel con menor radio y por lo tanto, el globo A se vaciará en el B. En el pulmón, la distribución del volumen alveolar no es homogénea (es decir, en condiciones normales hay alvéolos con más aire y alvéolos con menos aire). Sin embargo, si se cumpliera la Ley de Laplace, el pulmón se convertiría en una burbuja gigante, dado que los alvéolos tenderían a vaciarse en alguno de mayor tamaño. Esto no sucede así y la razón es precisamente la presencia del surfactante.

Surfactante El alvéolo pulmonar está recubierto por una capa delgada de agua (igual que una burbuja); es decir, normalmente hay una interfase agua-aire. Esto significa, que el oxígeno, para poder difundirse a la sangre, debe “pasar” por entre las moléculas de H2O. Dado que esta tienen cargas eléctricas, están estrechamente unidas entre sí, y como el alvéolo tiene forma circular, las moléculas generan que el alvéolo tienda a colapsarse y disminuya el área de superficie. La interfase aire-agua es uno de los determinantes principales de la tensión superficial y en estas condiciones se cumpliría la Ley de Laplace .

El surfactante es un fosfolípido sintetizado por los neumocitos tipo II, cuyo constituyente pricipal es el dipalmitoil-fosfatidilcolina (DPFC). Tiene un extremo hidrófobo y otro hidrófilo, que le permiten intercalarse entre las moléculas de agua:

Las consecuencias fisiológicas más importantes de la presencia de surfactante son: a.- Disminuye la tensión superficial. Es decir, que al estar entre las moléculas de agua, impide que sus uniones colapsen el alvéolo. En los de menor radio, el surfactante estaría más concentrado que en los más grandes, lo que a su vez implica que: - Los alvéolos de menor radio tengan relativa menor tensión que los más grandes. - Los alvéolos de mayor radio presenten más presión y por lo tanto tiendan a vaciarse en los más pequeños. b.- Determinación de la histéresis pulmonar. Esto significa que en la espiración, al no estar en expansión sino volviendo a su punto de reposo, el surfactante también estaría más concentrado, por lo que el alvéolo sería más distensible. Es decir , se necesitaría generar menos gradiente de presión para movilizar el mismo volumen pulmonar.

En la distribución de la ventilación normal del pulmón en un individuo de pie, los alvéolos apicales están más expandidos que los basales, dado que la presión intrapleural en la zona superior es más negativa al no soportar el peso del pulmón. Sin embargo, al estar más expandidos, la concentración de surfactante en la misma superficie sería menor y por lo tanto son menos distensibles. Es decir, hay que generar mayor gradiente de presión con respecto a los de la base para introducir un volumen de aire similar. c.- Reduce el edema alveolar. La presencia de surfactante disminuye el pasaje de agua desde el capilar al alvéolo. Si no hubiese surfactante, la tensión superficial disminuiría la presión hidrostática del interticio, para favorecer el pasaje de líquido de los capilares al alvéolo. La presencia de surfactante disminuye este efecto y evita el edema alveolar.

Volumen de cierre El volumen pulmonar también tiene efecto en la distribución de la ventilación-perfusión. La distribución de la ventilación de los alvéolos no es homogénea. Esto se debe en parte al gradiente de presión intrapleural a lo largo del pulmón. Dado que su base soporta el peso del órgano, la presión intrapleural es más negativa en el vértice que en la base

Si se analiza lo que sucede en un individuo que realiza una espiración máxima y forzada, es decir, que su volumen pulmonar corresponde al volumen residual. Dado que el volumen pulmonar total es menor, la presión intrapleural necesaria para expandirlo también será menor. Sin embargo, el gradiente entre el vértice y la base se mantiene (ver figura). En este caso la presión intrapleural de la base del pulmonar ya no es negativa, sino que incluso puede superar la presión atmosférica y generar compresión del tejido pulmonar y colapso de la pequeña vía aérea. Entonces se denomina volumen de cierre al volumen pulmonar donde se produce el colapso de la vía aérea, sobre todo en la base del pulmón. En individuos normales dicho volumen es muy pequeño y prácticamente no se observa. Sin embargo, en niños menores de 6 años y adultos añosos el volumen de cierre se acerca más a la CRF y genera que durante la respiración espontánea algunos segmentos pulmonares se cierren durante el ciclo.