tema 1 mecÁnica de la ventilaciÓn y vÍas respiratorias
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TEMA 1
MECÁNICA DE LA VENTILACIÓN Y VÍAS RESPIRATORIAS
FUNCIONES DE LA RESPIRACIÓN:
1. Ventilación pulmonar. 2. Difusión de O2 y CO2 entre los alveolos y la sangre. 3. Trasporte de O2 y CO2 en la sangre y los líquidos corporales. 4. Regulación de la ventilación.
Respiración tranquila:
Inspiración: por la contracción del diafragma Espiración por relajación y retroceso elástico.
Respiración forzada: contracción adicional de los músculos abdominales.
MÚSCULOS DE LA RESPIRACIÓN:
M. inspiratorios (elevan caja torácica): El diafragma es el músculo principal en la inspiración. Intercostales externos, esternocleidomastoideo, serratos anteriores y escalenos.
M espiratorios: rectos del abdomen, intercostales internos.
PRESIONES
1. LA PRESIÓN PLEURAL: Presión del líquido del espacio entre la pleura parietal y la visceral.
Ligeramente negativa. Al comienzo de la inspiración (-5 cm H2O) = mantiene los pulmones expandidos. Durante la inspiración se alcanza (-7,5 cm de H2O).
2. LA PRESIÓN ALVEOLAR: Presión del aire en el interior de los alveolos pulmonares.
Cuando la glotis está abierta y no hay flujo de aire = presión atmosférica (en todo el árbol bronquial).
Presión de referencia cero.
La presión alveolar:
-1 cm H2O (inspiración) POSITIVA +1 cm H2O (espiración) NEGATIVA
3. LA PRESIÓN TRANSPULMONAR: Diferencia entre presión alveolar y presión pleural.
Es una medida de las fuerzas elásticas de los pulmones que tienden a colapsarlos en todos los momentos de la respiración (presión de retroceso).
EXAMEN
DISTENSIBILIDAD PULMONAR
Distensibilidad pulmonar : Es el volumen que se expanden los pulmones por cada aumento unitario de presión transpulmonar.
D. Pulmonar = 200 ml de aire por cada cm de H20 de P. Transpulmonar.
CARACTERÍSTICAS DE LA DISTENSIBILIDAD (determinadas por las fuerzas elásticas de los pulmones):
1. Fuerzas elásticas del tejido pulmonar:
Por fibras de elastina y colágeno. Pulmones desinflados: Contraído elásticamente y torsionado. Pulmones expandidos: fibras se distienden y desenredan, alargándose.
2. Fuerzas elásticas producidas por la tensión superficial del líquido que tapiza las paredes internas de los alveolos y de otros espacios aéreos pulmonares.
Cuando los pulmones están llenos de aire: Superficie de contacto entre el líquido alveolar y el aire de los alveolos.
Pulmones llenos de suero: No hay superficie de contacto aire-líquido No está presente el efecto de la tensión superficial Solo actúan las fuerzas elásticas tisulares.
Surfactante y tensión superficial:
El surfactante:
Agente activo de superficie en agua (reduce mucho la tensión superficial del agua).
Es secretado por células epiteliales (granulares) alveolares de tipo II Estas células contienen inclusiones de lípidos que se secretan en el
surfactante. El surfactante es una mezcla de varios fosfolípidos, proteínas, e iones
(calcio).
Tensión superficial:
Agua: 72 dinas/cm Líquidos alveolares: 50 dinas/cm Con surfactante: 5-30 dinas/cm
VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES
Espirometría: registro del movimiento del volumen del aire que entra y sale de los pulmones.
Volumen corriente (VT): volumen de aire que se inspira o espira en cada respiración normal (aprox. 500 ml).
Volumen de reserva inspiratoria (IRV): volumen adicional que se puede inspirar desde un volumen corriente normal y por encima del mismo cuando la persona inspira con una fuerza plena. (aprox. 3000 ml).
Volumen de reserva espiratoria (ERV): volumen adicional que se puede espirar mediante una espiración forzada después de la espiración del volumen corriente (aprox. 1100 ml).
Volumen residual (VR): volumen de aire que queda en los pulmones después de la espiración más forzada. (aprox. 1200 ml).
Capacidad inspiratoria (CI) : cantidad de aire que se puede inspirar, comenzando en el nivel inspiratorio normal y distendiendo hasta la máxima capacidad.
(VT) + (IRV) (3500 ml)
Capacidad residual funcional (CRF) : cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal (2300 ml).
(ERV) + (VR)
Capacidad vital ( VC) : cantidad que se puede espirar, después de llenar los pulmones hasta su máxima dimensión y espirando la máxima cantidad (4600 ml).
(IRV) + (VT) + (ERV)
Capacidad pulmonar total (CPT): capacidad vital + volumen residual (5800 ml).
(VC) + (VR) (5800 ml).
La C Residual Funcional es importante en la función pulmonar. Imposibilidad de medir el volumen residual (50% de la CRF). Se realiza su medida mediante un espirómetro de volumen conocido con aire mezclado con helio a concentración conocida.
Volumen respiratorio/minuto: cantidad total de aire nuevo que pasa hacia las vías respiratorias en cada minuto: es igual al volumen corriente multiplicado por la frecuencia respiratoria (500 ml x 12= 6 l/min).
EXAMEN
Ventilación alveolar:
Aire del espacio muerto : Solo rellena las vías aéreas.
La ventilación alveolar por minuto: es el volumen total de aire nuevo que entra en los alveolos y zonas adyacentes de intercambio gaseoso por minuto.
Con un VC de 500 ml, un espacio muerto de 150 ml y una frecuencia respiratoria de 12, la ventilación alveolar es igual a 4200ml/min.
FUNCIONES DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
1. Mantener las vías aéreas abiertas2. Filtrar y expulsar partículas inhaladas
CIRCULACIÓN PULMONAR:
Dos circulaciones en el pulmón normal:
1) Circulación general:
Bajo flujo y alta presión Sangre arterial sistémica a través de las arterias bronquiales
2) Circulación pulmonar:
Alto flujo y baja presión Sangre venosa.
Arteria pulmonar: Derecha e izquierda: Permite que las arterias se acomoden al gasto del volumen sistólico.
Vasos bronquiales trasportan sangre oxigenada proveniente de la circulación sistémica. Drena a las venas pulmonares y entra en la aurícula izquierda.
Flujo hacia la aurícula izquierda y el gasto del ventrículo izquierdo: son mayores
Drenaje linfático: hacia conducto linfático torácico derecho.
Presiones:
1. La presión sistólica del VD (aprox. 25 mm Hg).2. La presión diastólica (de 0 a 1 mm Hg). Son presiones 5 veces menores que en el lado
izdo.
Durante la SÍSTOLE:
La presión en la arteria pulmonar = a la del VD. Después del cierre de la válvula pulmonar la presión del VD cae. La presión arterial pulmonar cae más lentamente a medida que la sangre fluye a través de
los capilares de los pulmones.
El volumen de sangre de los pulmones: es de 450 ml (9% volumen total).
El flujo sanguíneo: es igual al gasto cardíaco.
Los factores que controlan el gasto cardiaco: también controlan el flujo sanguíneo pulmonar.
Cuando baja la concentración de O2 (< 70 mm Hg) se produce una VASOCONSTRICCIÓN PULMONAR. (Todo lo contrario que en la circulación sistémica).
Zonas 1, 2, 3 de flujo sanguíneo pulmonar:
En Reposo:
Zona 1: en la parte alta del pulmón; ausencia de flujo durante todas las fases del ciclo cardiaco.
Zona 2: zona media del pulmón; flujo sanguíneo intermitente. En aquellos momentos en que la presión capilar sistólica es mayor.
Zona 3 : flujo sanguíneo continuo, porque la presión capilar alveolar es mayor que la presión del aire alveolar durante todo el ciclo cardiaco.
Los pulmones solo tienen flujo sanguíneo en las zonas 2 y 3, la zona 2 (intermitente) en los vértices y la zona 3 (continuo) en todas las zonas inferiores.
Durante el ejercicio el flujo sanguíneo pulmonar aumenta entre cuatro y siete veces:
1. Aumentando el número de capilares abiertos.2. Distendiendo todos los capilares y aumentando la velocidad del flujo3. Aumentando la presión arterial pulmonar.
La capacidad de los pulmones de acomodarse al gran aumento del flujo sanguíneo durante el ejercicio sin aumentar la presión arterial pulmonar permite conservar la energía del corazón derecho.
PRINCIPIOS FÍSICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO:
Difusión: movimiento aleatorio de moléculas en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes.
La presión es directamente proporcional a la concentración de las moléculas de gas.
En la respiración se manejan mezclas de gases (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono).
La velocidad de difusión de estos gases es directamente proporcional a la presión que genera ese gas solo presión parcial de ese gas.
Aire: nitrógeno 79%, oxígeno 21%. Presión total= 760 mm HgPN2= 600 mm Hg; PO2= 160 mm Hg.
Coeficiente de solubilidad.
El CO2 es 20 veces más soluble que el O2. La presión parcial es menor (1/20) de la que ejerce el oxígeno.
F actores que afectan la velocidad de difusión son:
1. La solubilidad del gas en el líquido2. El área transversal del líquido3. La distancia de difusión4. El peso molecular del gas5. Temperatura del líquido
Coeficiente de difusión del gas; que depende de la solubilidad:
Los gases son muy solubles en lípidos y, son muy solubles en las membranas celulares.
Composiciones del aire alveolar y atmosférico:
No tienen las mismas concentraciones de gases:
1. El aire alveolar es sustituido de manera parcial en cada respiración.2. El O2 se absorbe constantemente hacia la sangre.3. El CO2 difunde constantemente desde la sangre pulmonar a los alveolos.4. El aire atmosférico seco que entra en las vías respiratorias es humidificado antes de
que llegue a los alveolos.
La humidificación del aire atmosférico diluye los demás gases.
Renovación del aire alveolar por el aire atmosférico: La velocidad de este proceso es lenta.
Concentración y presión parcial del O2 en los alveolos:
Depende de:
1. Velocidad de absorción de oxígeno hacia la sangre.2. Velocidad de entrada de O2 nuevo por la ventilación.
Difusión de gases a través de la membrana respiratoria:
La unidad respiratoria: formada por un bronquiolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alveolos.
La membrana respiratoria tiene las siguientes capas:
1. Capa de líquido con surfactante2. Epitelio alveolar3. Membrana basal4. Espacio intersticial5. Membrana basal capilar6. Endotelio capilar
Los eritrocitos se comprimen y tocan la pared capilar, facilitando la difusión.
Factores que influyen en la velocidad de difusión.
1. Grosor de la membrana.2. Área superficial de la membrana.3. Coeficiente de difusión.4. Diferencia de presión parcial.
Capacidad de difusión: volumen de un gas que difunde a través de la membrana en cada minuto para una diferencia de presión parcial de 1 mm Hg.
Capacidad de difusión del O2 = 21 ml/min/mm Hg. Como la diferencia presión a través de la MR es 11 mm Hg, la capacidad (11 x 21)= 230 ml.
Puede alcanzar 65 ml/min/mm Hg en jóvenes.
Cociente ventilación/difusión: relación entre la ventilación alveolar por minuto y el flujo circulatorio pulmonar por minuto = V/Q, donde V es ventilación pulmonar y Q es flujo.
Cortocircuito fisiológico (VA/Q < normal): Cantidad de sangre (sangre derivada) que no se oxigena durante el circuito pulmonar.
Espacio muerto fisiológico (VA/Q > normal): Suma del espacio muerto anatómico y ventilación desperdiciada.
VA/Q anormal en la parte superior e inferior del pulmón normal:
Pulmón superior: grado moderado de espacio muerto fisiológico. VA/Q x 2,5 normal. Pulmón inferior: cortocircuito fisiológico. VA/Q x 0,6 normal.
TRANSPORTE DE O2 Y CO2 EN LA SANGRE Y LOS LÍQUIDOS TISULARES:
1. Transporte de O2 de los pulmones a los tejidos:
La PO2 del alveolo = 104 mm Hg
La PO2 de la sangre venosa que entra en el capilar pulmonar en su extremo arterial = 40 mm Hg.
La diferencia inicial de presión hace que el oxígeno difunda hacia el capilar pulmonar 64 mm Hg.
La PO2 sanguínea ha alcanzado la del alveolo: en el momento que la sangre ha atravesado un tercio de la distancia del capilar.
Transporte de O2 en el ejercicio:
Durante el ejercicio muy intenso: 20 veces más oxígeno de lo normal. Aumento del gasto cardiaco reduce el tiempo de paso de sangre a la mitad. La sangre está casi totalmente saturada con oxígeno cuando abandona los pulmones. La capacidad de difusión del O2 aumenta casi tres veces debido al aumento de la superficie
de los capilares (apertura y vaso dilatación) y mejoría del Va/Q en el vértice pulmonar. La sangre está en situación de intercambio aproximadamente tres veces más de lo necesario,
por lo que el acortamiento durante el ejercicio no afecta la saturación.
2. Transporte de CO2 de los tejidos a los pulmones:
Cuando las células emplean O2, eliminan CO2 = aumenta la PCO2 intracelular. Debido al gradiente de presión el CO2 difunde al espacio extracelular y a los capilares, siendo
trasportado por la sangre hasta los pulmones. El CO2 difunde en dirección opuesta al O2. El CO2 difunde 20 veces más rápido que el O2 (Coeficiente de difusión). Las diferencias de presión son menores.
3. Función de la hemoglobina en el transporte de O2.
El 97% del O2 se transporta desde los pulmones a los tejidos en combinación con la hemoglobina.
La combinación reversible del O2 se realiza con la porción hemo.
Cuando la PO2 es ELEVADA (capilares pulmonares) el O2 se une a la hemoglobina.
Cuando la PO2 es BAJA (capilares tisulares) el O2 se libera de la hemoglobina
Curva de disociación de la hemoglobina:
Saturación porcentual de la hemoglobina: Existe un aumento progresivo del porcentaje de hemoglobina unida al oxígeno a medida que aumenta la PO2 sanguínea.
La saturación de oxígeno habitual de la sangre arterial sistémica es en promedio del 97% (PO2= 95 mm Hg)
La saturación de la hemoglobina en sangre venosa es en promedio del 75% (PO2= 40 mm Hg).
La cantidad máxima de O2 que se puede combinar con la Hemoglobina (Hgb): es de 20 ml de O2 si la saturación es del 100%. Se expresa como 20 volúmenes por ciento.
Uso metabólico del O2 en las células:
Solo es necesaria una baja presión de O2 para que se produzcan las reacciones químicas celulares normales.
4. Transporte del dióxido de carbono (CO2) en la sangre:
La cantidad de CO2 en la sangre tiene mucho que ver con el equilibrio ácido-base. En condiciones de reposo normales: se transporta un promedio de 4 ml de CO2 desde los
tejidos a los pulmones/100 ml de sangre:
Modalidades de transporte:
1. Transporte de CO2 en estado disuelto.2. Transporte del CO2 en forma de ion HCO3-3. Transporte de CO2 unido a hemoglobina y otras proteínas plasmáticas; el CO” se
puede unir a radicales amino de la Hb formando carbamino-hemoglobina.
REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN
El centro respiratorio está formado por varios grupos de neuronas localizadas bilateralmente en el bulbo raquídeo y la protuberancia del tronco encefálico.
1. Grupo respiratorio dorsal (inspiración y ritmo respiratorio).
Función más importante en el control de la respiración: Se extiende a lo largo del bulbo raquídeo.
La mayor parte de sus neuronas: están localizadas en el núcleo del tracto solitario (NTS).
El NTS (núcleo del tracto solitario): es la terminación sensitiva de los nervios vago y glosofaríngeo, que transmiten señales sensitivas hacia el centro respiratorio desde:
Quimiorreceptores periféricos. Barorreceptores. Receptores pulmonares.
El grupo respiratorio dorsal genera el ritmo respiratorio básico, mediante la descarga repetitiva de potenciales de acción neuronales inspiratorios.
Este grupo neuronal sigue funcionando aunque se seccionen todos los nervios periféricos y el tronco encefálico por encima y por debajo del bulbo.
2. Grupo respiratorio dorsal ( señal de rampa inspiratoria):
La señal nerviosa que se transmite a los músculos respiratorios no es una descarga instantánea de potenciales de acción.
En la respiración normal comienza débilmente y aumenta de manera continua a modo de “rampa” durante aprox. 2 segundos.
Se interrumpe súbitamente durante los 3 segundos siguientes, lo que inactiva la excitación del diafragma y permite que el retroceso elástico de los pulmones y de la pared torácica produzca la espiración.
Centro neumotáxico: Localizado dorsalmente en el núcleo parabranquial, transmite señales hacia la zona inspiratoria. Su función: Limitar la inspiración y aumentar la frecuencia respiratoria.
3. Grupo respiratorio ventral ( funciones en inspiración y espiración).
Localizado: a ambos lados del bulbo raquídeo, se encuentra en los núcleos ambiguo y retroambiguo.
Estas neuronas están inactivas durante la respiración normal. Suministran señales espiratorias a los músculos abdominales.
Reflejo de insuflación de Hering-Breuer: Mecanismo protector de insuflación pulmonar excesiva.
Receptores de distensión localizados en las porciones musculares de las paredes de los bronquios y bronquiolos, que transmiten señales a través de los nervios vagos al grupo respiratorio dorsal.
Se desconecta la rampa inspiratoria, interrumpiendo la inspiración adicional.
EXAMEN
CONTROL QUÍMICO DE LA RESPIRACIÓN:
El objetivo final de la respiración es mantener concentraciones adecuadas de oxígeno, dióxido de carbono e iones H en los tejidos.
El exceso de CO2 o H en sangre actúa produciendo un aumento de la intensidad de las señales motoras inspiratorias y espiratorias hacia los músculos respiratorios.
Las neuronas detectoras de la zona quimiosensible son excitadas por los iones hidrógeno. (no atraviesan fácilmente la barrera hematoencefálica).
El CO2 tiene poco efecto directo en la estimulación de las neuronas de la zona quimiosensible.
Consigue este efecto reaccionando con agua para formar ácido carbónico, que se disocia en H+ y HCO3-
Control químico de la respiración: zona quimiosensible.
El CO2 atraviesa sin problemas la barrera hematoencefálica.
Siempre que aumenta la PCO2 sanguínea, también aumenta la PCO2 del líquido intersticial del bulbo y del LCR.
Aquí el CO2 reacciona con el agua, liberándose H+, que estimulan la zona quimiosensible, aumentando la actividad del centro respiratorio.
Las modificaciones de la concentración de O2: Tienen efecto indirecto a través de los quimiorreceptores periféricos para alterar el impulso respiratorio
Sistema de QUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS:
1. Los cuerpos carotídeos: Localizados bilateralmente en las bifurcaciones de las arterias carótidas comunes y sus fibras aferentes pasan a través de los Nervios de Hering hacia los N. glosofaríngeos y posteriormente a la zona respiratoria dorsal del bulbo.
2. Los cuerpos aórticos: Localizados a lo largo del cayado de la aorta y sus fibras aferentes pasan a través de los N. Vagos a la zona respiratoria dorsal.
La disminución del oxígeno arterial estimula a los quimiorreceptores.
El aumento de la concentración de CO2 e iones H: estimula a los quimiorreceptores con una rapidez mayor que la estimulación central, mucho más potente, especialmente importante al comienzo del ejercicio.
Mecanismo básico de estimulación de los quimiorreceptores por la deficiencia de oxígeno: está mediado por las células glómicas o por las propias terminaciones nerviosas.
Efecto nulo sobre la ventilación: si PO2 >100 mm Hg. Ventilación se duplica: si PO2 = 60 mm Hg. Se multiplica por 5: para PO2 muy bajas.