fisiología aplicada a ventilación mecánica

DR. ARTURO MELGAR PLIEGOR3 MEDICINA INTERNA

Fisiología PulmonarAplicada a la Ventilación Mecánica

Objetivos de la Platica

1. Conocer la Fisiología Pulmonar en la Ventilación Mecánica2. Comprender la importancia de los Volúmenes3. Comprender las Características Elásticas del Sistema Respiratorio4. Comprender las Fuerzas Friccionales que dificultan el flujo aéreo5. Conocer la Ecuaciones de Movimiento del Sistema Respiratorio6. Conocer las Presiones que se requieren para la inspiración7. Interpretar cómo operan las Constantes de tiempo y su importancia en la

programación de la VM 8. Comprender los Fenómenos espiratorios y el mecanismo de atrapamiento

aéreo

Ventilación Mecánica, Libro del Comité de Neumología Crítica de la SATI, 2da Edición, 2011, Editorial Panamericana, Capitulo 1, Pagina. 3 – 27 .

Introducción

Desde El Punto de Vista de Medicina Intensiva

Un Procedimiento utilizado para sostener la Respiración de modotransitorio, durante el tiempo necesario.

Presión Positiva modifica profundamente los mecanismofisiológicos que el individuo utiliza en ventilación espontánea

La decisión de adoptar determinada técnica, será de acuerdoal conocimiento de la fisiología y la patología del paciente.


Introducción

Este conocimiento dirigirá el tratamiento y reducirá lascomplicaciones e interacciones adversas entre paciente y elventilador

La filosofía general de la VM tiene el enfoque de mantener losparámetros fisiológicos normales a toda costa.

Y evitar el daño pulmonar inducido por el ventilador


Introducción

Recordar los mecanismo fisiológicos y como se modifican bajo laVentilación Mecánica, es de suma importancia.

Modernos Equipos de VM que incluyen parámetros fisiológicos de monitorización.

Desarrolla una Ventaja al clínico para diversas patologías delpaciente critico

Manejo ventilatorio Ajustado a los cambios respiratorios quese presentan en diferentes Patologías.


Ventilación Espontánea / Ventilación Mecánica con Presión Positiva.

La Ventilación Mecánica entra cuando esto no se lleva acabo. Corregir Hipoxemia = ARDS Demanda Excesiva = Shock Cardiogenico


Intercambio Gaseoso

SeguroCosto de Energía

Aceptable


Objetivos Fisiológicos de la Ventilación Mecánica:


Mejorar el Intercambio Gaseoso

Mantener y Restaurar el VT

Modificar la Relación P/V

Reducir el Trabajo Respiratorio

Mejorar la Oxigenación Tisular



Primera Etapa VM

Movimiento del Gas

Intercambio Gaseoso

El Movimiento de gas movilizado en cada ciclo es VT

Cantidad Mezcla Gaseosa alcanza espacio alveolar es VA

La VA es menor que el volumen minuto respiratorio total VE

Esto se debe a que parte del VE se desperdicia en el Espacio Muerto VD


Es Notoria la gran variabilidad de Demanda Ventilatoria en diferentes Patologías:

De pocos litros/minutos en enfermos con retención crónica de CO2 Mas de 30 l/min en paciente Sépticos.

La conexión al ventilador modifica las concentraciones de los gases sanguíneos Periodos de apnea Taquipnea Perdida de Sincronía Paciente-Ventilador etc.



Para la Ventilación Pulmonar se lleve acabo, es necesario vencer la Impedanciadel Sistema, compuesta por:

Las Variables Dinámicas (fuerzas resistivas) Las Fuerzas Estáticas (Propiedades Elásticas)

La Inspiración, requiere la generación de una presión que tiene dos componentes:

Trasportar el gas inspirado por la vía aérea Otro para insuflar el alveolo



Este es el punto de equilibrio entre dos fuerzas contrapuestas:

La tendencia a la retracción pasiva del pulmón FEP.

Otra en sentido opuesto de la pared torácica FET.

Es la causa que la Presión Pleural sea Negativa. La magnitud de la Capacidad Residual Funcional

Situación de Reposo del Sistema Respiratorio a final de la espiración.



Volumen pulmonar al final de la inspiración Suele ser igual que el VR en Individuos normales.

Para vencer las fuerzas elásticas como a las resistivas,requerirá:

Músculos inspiratorios:


Ejercen Fuerza

Disminución de la Ppl

Trasmitida al Espacio Alveolar

Disminución de la PA


La PA sub-atmosférica: Genera la diferencia de presión con la presión atmosférica.

Necesaria para que se establezca el flujo inspiratorio eingrese el VT al pulmón.

La diferencia entre la Presión Alveolar /Presión Pleural

Presión Transpulmonar



Una estimación de la Presión Transpulmonar se realiza: Remplazando PA y la Ppl por la medición:

Vía aéreas y la Presión Esofágica.

La disminución inspiratoria de la presión esofágica esindicativa del esfuerzo del paciente.


Tanto en Ventilación Espontanea como en Ventilación Mecánica la Ptp: Determinante de la inspiración Distensión de los alvéolos

(es proporcional a su magnitud)


• Genera la Diferencia de Presión TranspulmonarPtp

Ventilación Mecánica

• El Paciente genera la diferencia de presión transpulmonar Ptp

Ventilación Espontanea • Ambos generan la

diferencia de Presiones TranspulmonaresPtp

Ventilación Soporte

Flujo Constante con Pausaen volumen control

Ventilación Controla por Presión

Pre

sió

nFl

ujo


Volúmenes PulmonaresCaracterísticas Elásticas del Sistema Respiratorio


Para que se realiza la Inspiración Una de las fuerzas que se debe contrarrestar es:

Fuerzas correspondiente a las Propiedades

Elásticas Estáticas

Estas son determinadas por volúmenes y las presiones medidasen condiciones estáticas (Flujo 0)

Pulmón y Tórax



El ingreso determinados volúmenes de gas al pulmón. Requieren la aplicaciones de ciertas presiones

Presiones serán Negativas (subatmosféricas)* Presiones serán Positivas*

La Magnitud del cambio de presión necesaria para desplazarcierto volumen no es igual durante ambas fases del ciclorespiratorio Fenómeno de Histeresis

Se requiere una presión de distensión mayor para reclutar alvéolos en inspiración que la se necesita para evitar su colapso y

mantenerlos abiertos en espiración


Presión

Vo

lum

en

VR

Espiración

Inspiración


Curva P/V

La rama inspiratoria comienza con un trazado en el queel ingreso de pequeños volúmenes requiere acentuadoscambios de presión.

Para luego ser registrado un mayor volumen antemodificaciones de presión menos pronunciadas.

Esta Patente se observa con mayor frecuencia: Síndrome de Disestres Respiratorio Agudo


A. Tórax B Conjunto Tórax – Pulmones C Pulmones



ARDS Suelen identificarse un punto definido de cambio de una a

otra porción de la curva denominada: Punto de Inflexión inferior (Pflex).

Este punto permite conocer el nivel de presióninspiratoria que se requiere para reclutar alveoloscolapsados

Ventilar en una porción de la Curva P/V por encima de(Pflex). En términos de Distensibilidad



Punto de inflexión Superior. Esta zona corresponde con volúmenes cercanos a la capacidad

pulmonar total.

Con Presiones superiores a 30 - 35 cm H20.

El punto de inflexión superior indica que con más ingreso devolumen se está produciendo un reclutamiento alveolarrelativamente menor.



La Pendiente Curva P/V

Permite definir la distensibilidad o Compliance del sistemaRespiratorio (Crs).

Donde: Crs es igual a la AV que representa el cambio devolumen experimentado en el pulmón y AP es la presiónnecesaria para que tal cambio de volumen se produzca.



La Pendiente Curva P/V

Presión Necesaria: Para logara la distención de los alvéolosen cada inspiración tiene relación con el radio de cadaalvéolo y con la tendencia de estos al colapso al final de laespiración.



Ley de Laplace: T es la tensión superficial del alvéolo que lo induce al colapso r es el radio alveolar

Cuando menor sea el tamaño del alvéolo al comienzo dela inspiración, mayor presión de distensión requiere



Crs: Es la relación existente entre la presión y el volumen.

Esta propiedad es inherente a la estructura del pulmón ydel tórax

Esta determinada por la tensión superficial del liquidosurfactante.



Donde la P meseta es la Presión Estática: Se mide al fin de una pausa inspiratoria de 0.5 a 1

segundo de duración para permitir el equilibrio, enausencia de flujo, de las presiones a fin de la inspiración.

La PEEP total representa la PEEP aplicada o la auto PEEPpresente.

Para un VT y un nivel de PEEP determinados, el aumentode la P meseta indicará una disminución de la Crs.

Crs = _______________VT

P meseta - PEEP



Este conocimiento aporta mayor precisión parael manejo ventilatorio de situaciones en lasque la distensibilidad parietal esta muyalterada

Otra manera de expresar las relaciones entrepresiones y volumen es la elastancia (E).


Presión Esofágica

Calcular

Distensibilidad Pulmonar

Distensibilidad Pared Torácica


La distensibilidad del sistema respiratorio con relación alvolumen pulmonar apto para ser ventilado se denominadistensibilidad especifica.

Si por alguna razón el volumen pulmonar se reduce*, ladistensibilidad estática se reducirá.

La distensibilidad especifica puede permanecer relativamentenormal.

Baby lung Se requiere la reducción del VT para evitar alcanzar el

punto de inflexión superior de la curva P/V



PEEP 30 cm H20

PEEP 0 cm H20


Presión de Cierre Alveolar ó Presión Crítica de cierre:

Durante la inspiración la PA va disminuyendo a medidaque disminuye el volumen pulmonar

En presencia de una reducción del volumen pulmonar, enel momento de las presiones de retroceso elásticopulmonar superan la Ptp local.

Se produce colapso alveolar y de las vías aéreas



Presión de Cierre Alveolar ó Presión Crítica de cierre:

El volumen que queda en el pulmón cuando se produceel colapso de vía aérea se denomina volumen de cierre

La presión que se necesita para abrir una alveolocolapsado es mayor de la que se necesita en el alveoloNO colapsado



Fundamentos para la aplicación de terapéutica de presión

En Sujetos Sanos ventilados los alveolos no llegan acolapsarse por que el volumen de cierre es menor que laCFR.

Pero en pulmones lesionados con perdida de volumen, laCFR se encuentra por debajo del volumen de cierre.


Características Dinámicas del Sistema RespiratorioResistencias de las vías Aéreas


Para que se genere flujo de un gas, entre dos puntos debeexistir una diferencia de presiones.

Que superen las Fuerzas Friccionales o no elásticas que seoponen a él.

P1 – P2 es la diferencia de presión entre la vía aéreaproximal y los alvéolos.

R es la resistencia que se opone al flujo en la vía aérea



Cuando el Flujo es laminar, a velocidades bajas:

R varía en forma directamente proporcional a laviscosidad del gas inhalada

Longitud de la vía aérea

Inversamente proporcional a la cuarta potencia del radiode la vía aérea



Con ello se deduce que la longitud de las vías aéreas y laviscosidad del gas inhalado no suelen variar.

R se modifica fundamentalmente con los cambios de la víaaérea


SITUACIÓN RESISTENCIA

Pulmón Normal 4 cm H20/L/seg.

SDRA 5 -14 cm H20/L/seg.

EPOC 13-26 cm H20/L/seg.


En el paciente ventilado inicialmente en modo controlado porvolumen se puede calcular la R inspiratoria como:

Donde Ppico es la presión pico detectada al final delingreso del VT en el pulmón.

P meseta es la presión a flujo 0 medida después de unapausa al fin de la inspiración.

Flujo es la que se registra con un patrón de flujoconstante



Las resistencias de las vías aéreas tiene relación con elvolumen pulmonar debido al efecto ejercido por elparénquima pulmonar sobre esta.

Es menor con un Volumen cercano a la capacidadpulmonar total.

Y mayor con un volumen cercano al volumen residual.

El ciclo Respiratorio también influye: Inspiración es menor (efecto de tracción)

Espiración es mayor



Cuando la Espiración se hace activa Aumenta las resistencias debido al efecto de compresión

dinámica de la vía aérea, y esto se debe:


Presión Pleural Aumenta

Trasmite al espacio

Peribronqueal

Supera la presión intraluminal y

Elástica Bronquial

Colapso de la Vía Aérea en donde no hay cartílago

El conjunto de fuerzas que se oponen a la inspiración porpérdida de distensibilidad y/o por aumento de lasresistencias puede ser estimado:

calculando la distensibilidad dinámica del sistemarespiratorio


Crs = _______________VT

P pico - PEEP


Ecuación de Movimiento del Sistema RespiratorioTrabajo Respiratorio


El gradiente de presión para inspirar varía en forma:

Proporcional a las resistencias (R) Inversamente Proporcional a la (Crs)

La presión requerida es la que se ejerce sobre la presión debase (presión atmosférica o la PEEP)

Esto se expresa por la ecuación de movimiento del sistemarespiratorio



El consumo de oxígeno necesario para el trabajo respiratorio,que normalmente en reposo es de 1-4% del consumo deoxígeno total.

Puede alcanzar el 50% en situación con un esfuerzo pararespirar que resulte intolerable.


Constantes de TiempoDistribución de Gas intrapulmonar / Atrapamiento Aéreo


Expiración: es un fenómeno pasivo que normalmentepermite el vaciado de los alvéolos con un retorno al volumendel reposo del sistema respiratorio.

Flujo espiratorio: es provocado por el gradiente de presiónque se establece entre la PA al fin de la inspiración.(Volumen pulmonar + Fuerzas de retracción elásticas)



La presencia del Auto-PEEP: Debida al vaciamiento pulmonar incompleto lo que

ocurre cuando esta presente el fenómeno dehiperinflación dinámica.

1. Limitación al flujo con aumento de la R durante laespiración produciendo un colapso dinámico en lasvías aéreas.

2. Cuando el vaciado pulmonar es lento con relaciónal tiempo espiratorio. *

*Esto produce el atrapamiento de aire



Un nuevo equilibro es debido: Aumento del volumen pulmonar al final de la espiración

Provoca un aumento de la PA

Aumenta el gradiente de presión espiratoria Posibilita la espiración de un volumen igual al

volumen inspirado (manteniendo una cierta cantidad de

gas atrapado al final de la espiración)

Auto PEEP: es la diferencia entre la PA y la Presión atmosférica

PEEP Externo: es la diferencia entre la PA y la PEEP Programado



El incremento de la R o la disminución de la presión deretroceso elástico, harán que se requiera un tiempo mayorpara completar la espiración.

Esta relación R y Crs, determinante de los tiempo ventilatoriorequeridos se expresa en el concepto de Constante detiempo.

Una constante de tiempo espiratoria prolongada contribuyeal desarrollo de hiperinflación dinámica.


Constante de Tiempo elevado

Constante de Tiempo Reducido

Distensibilidad

Resistencia

Distensibilidad

Resistencia

Constantes de Tiempo: Esquema que muestra una unidad Bronquilo-alveolo constantes altas y otra con constantes reducidas



Distribución del Gas intrapulmonar.

Ventilación espontánea: Las diferencia de la Ppl motivan que los alveolos de

las zonas superiores del pulmón estén expuestos auna Ptp mayor, y que el volumen de reposo seamayor que de las zonas inferiores.

Este fenómeno contribuye a la correspondencia V/Qen ventilación espontanea.




Ventilación Mecánica: Módica la distribución del gas debido:

Posición en decúbito supino Existencias de parálisis muscular si las hay Magnitud de volúmenes insuflados Las variaciones regionales de la R Las distensibilidades


Relación entre la presión pleural y el volumen pulmonar en los diferentes puntos del pulmón. La presión traspulmonar es mayor a nivel de las áreas superiores del pulmón


Esquema de Zonas de West de las Relaciones V/Q




El incremente del VD explica que en determinadassituaciones no sea posible conseguir una VA adecuadacon normalización del la PaCo2.

La eficacia del intercambio gaseoso puede mejorar con elenlentecimiento de la velocidad del flujo al final de lainspiración




Como enlentecer la velocidad del flujo al final de lainspiración: Añadiendo pausa con el fin de mantener la inflación

al fin de la inspiración

Utilizando un flujo inspiratorio desacelerado

Con ellos promoverá un distribución de gas másuniforme en presencia de diferencias regionales en la R




Cuando la falta de homogenidad afecta de manerapredominante a las distensibilidades regionales.

Tiempos inspiratorios cortos Flujo constante

Resultaran en una mayor uniformidad de la distribución


Otros Cambios Fisiológicos


Cambios en el Contenido Venoso de Oxígeno: Variaciones en el volumen minuto cardiaco Consumo de oxigeno originado por modificaciones del

trabajo respiratorio

Cambios Hemodinámicos:

PEEP Caída del retorno venoso Disminución de la poscarga del ventrículo izquierdo


Robert C Hyzy, MD, Physiologic and pathophysiologic consequences of mechanical ventilation, Uptodate, Jul 15, 2016

Ventilación Mecánica

Volumen Pulmonar Alto

Limita Volúmenes Cardiacos

PULMON

Fibras Nerviosas Somáticas y Autónomas

Función CardiovascularCambios FC (Vago)

VT < 10 ml/kg = Suprime tono Vagal = Aumenta FC

VT < 15 ml/kg = Aumenta tono Vagal = Disminuye FCSupresión Simpática / Vasodilatación Arterial

Disminuye Contractilidad VI

HIPOTENSIÓN




Gastrointestinales:

La presión positiva durante más de 48 años es una factorde riesgo para Hemorragia gastrointestinal

Disminución de la Perfusión Esplácnica, que semanifiesta con niveles elevados de Aminotrasferasaplasmática y lactato deshidrogenasa

Esofagitis Erosiva, Diarrea, Colecistitis Acalculosa e hipomotilidad*

esofagitis erosiva, diarrea, colecistitis acalculosa e hipomotilidad



Renal:

Relacionada a Falla Renal Aguda

SNC:

Aumenta la Presión Intracraneana Incremento de la presión intratoracica

Afecta el flujo venoso cerebral




Sistema Inmunitario

Parece inducir la producción de mediadoresProinflamatorios*.

Traslocacíon bacteriana al torrente sanguíneo anivel de Traquea



Conceptos Claves

Conceptos Claves

Para la Ventilación es necesario superar la Impedancia delsistema respiratorio:

Variables dinámicas (fuerzas resistivas)

Variables estáticas (Propiedades elásticas)

La Inspiración requiere la generación de una presión de doscomponentes:

Para transportar el gas inspirado a lo largo de la vía aérea

Para insuflar los alvéolos

Conceptos Claves

Para Generar el flujo inspirado habrá de establecerse unadiferencia de presión entre:

La vía aérea superior Los Alveolos

Presión Traspulmonar (Ptp) = Presión Alveolar - Presión Pleural

En la respiración espontánea, son los músculos respiratorios los quegeneran la presión

Bajo la VM controlada, el ventilador aplica una presión positiva a la víaaérea superior

Con un soporte ventilatorio parcial, los músculos y el ventiladordeterminan la presión

Conceptos Claves

Tanto en Respiración espontanea como en VM, el flujo debesuperar a la R que se opone:

P1 – P2: diferencia de presiones entre la vía aérea proximal ylos alvéolos

R: Resistencia que se opone al flujo en la vía aérea.(90% de la resistencia total)

Conceptos Claves

Para inspirar se debe contrarrestar la oposición del sistemarespiratorio a sufrir un cambio de forma desde la situación dereposo, debida a sus características Elásticas.

Las Propiedades elásticas del pulmón y de la pared torácica soncaracterizadas por la Crs: La presión que es necesario aplicarpara lograr un cambio de volumen

Conceptos Claves

Distensibilidad especifica: distensibilidad en relación con elvolumen pulmonar apto para ventilar:

Si el volumen pulmonar se ha reducido (SDRA), el pulmónremante a ser ventilado tendrá un volumen menor

La distensibilidad estática se reducirá pero la especifica puedepermanecer normal: se requiere reducir el VT

Conceptos Claves

Ecuación de movimiento del sistema respiratorio: expresa elgradiente de presión que se debe generar para inspirar.

AV: Variaciones de Volumen Pulmonar R: Resistencias

Se debe adicionar el nivel de PA al fin de la espiración (mayorque la atmosférica si hay auto-PEEP.

Conceptos Claves

Espiración: Fenómeno pasivo generado por:

Fuerza de retracción elástica Volumen pulmonar de fin de la espiración

Conceptos Claves

La Hiperinflación dinámica con auto PEEP, el vaciamientopulmonar incompleto por:

Cierre de las vías aéreas

Enlentecimiento del vaciamiento pulmonar con TE insuficiente paraque la PA se equilibre con la presión de fin de espiración

El TE necesario para que el pulmón alcance el volumen de relaciónal fin de la espiración depende de:

Constante de Tiempo = R x Crs

Conceptos Claves

Reducción del Volumen Pulmonar (SDRA) La presión crítica de cierre de las distintas zonas pulmonares: se alcanza cuando:

Presión de retroceso elástico Pulmonar > Ptp local

CRF < volumen de cierre

Consecuencia: Colapso alveolar y de vías aéreas

Presión para distender alvéolos colapsados > presión para insuflar alvéolos nocolapsados.

Como resultado: Caída de Crs

La PEEP contribuye a evitar el colapso alveolar de fin de espiración

Conceptos Claves

Distribución de Gas Intrapulmonar Cambios en distribución:

De cubito supino, parálisis muscular Magnitud de los volúmenes insuflados Variaciones regionales

En la R de la vía Área En la C pulmonar y Parietal

En Ventilación controlada se observa cambios relativos en la ventilación: Disminución de le ventilación en zonas dependiente del pulmón

Cierre de vías aéreas Efecto mezcla venosa

Conceptos Claves

Distribución de Gas Intrapulmonar Cambios en distribución:

De cubito supino, parálisis muscular Magnitud de los volúmenes insuflados Variaciones regionales

En la R de la vía Área En la C pulmonar y Parietal

En Ventilación controlada se observa cambios relativos en la ventilación: Disminución de le ventilación en zonas dependiente del pulmón

Cierre de vías aéreas Efecto mezcla venosa

Aumento de la ventilación en regiones superiores Aumento VD alveolar Eventual Sobredistención

Conceptos Claves

Cambios hemodinámicos

Modificación del Patrón de Perfusión pulmonar

Cambios en el contenido venoso de oxígeno por:

Variaciones en el volumen minuto cardiaco Modificaciones en el consumo de oxígeno

(cambios en el trabajo respiratorio)

Caída del retorno venoso

Disminución de la poscarga del ventrículo izquierdo

Efectos no constantes sobre la disponibilidad de oxigeno

fisiología aplicada a ventilación mecánica

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