FISICOS CONCEPTOS ASPECTOS FISICOS Presión Tensión Sistemas elásticos.
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FISICOS FISICOS CONCEPTOS CONCEPTOS
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FISICOSFISICOSFISICOSFISICOSCONCEPTOS CONCEPTOS
ASPECTOS FISICOSASPECTOS FISICOS
PresiónPresión
TensiónTensión
Sistemas elásticosSistemas elásticos
MENUGENERAL
PRESION
Absoluta y Relativa
Transmural
capilares pulmonares
pulmón
PRESION
Absoluta y Relativa
Transmural
capilares pulmonares
pulmón
PRESION ABSOLUTA: es la fuerza ejercida por unidad de superficie
P = dinas/cm2
PRESION se expresa como peso ( p ) de una columna líquida de cierta altura (h = cm) y de superficie unitaria (S = 1cm2 )
La forma común de expresión es en mmHg o cmH20
1 mmHg es equivalente a 1.3 cmH20
1 cmH20 es equivalente a 0.73mmHg
FISICA FISIOLOGIA
El peso o fuerza ( p, F ) es igual al
peso específico ( ρ = gr / cc ) del líquido por la aceleración de la gravedad ( g ) y por la altura ( h, cm) de la columna por cada centímetro cuadrado de superficie
Existen numerosas variables que se usan de manera que se puede prestar a confusión y es necesario ajustar los conceptos fisiológicos a las definiciones físicas.
P = ρ H20 * g * hH20 = ρ Hg * g * hHg
P = 1 * hH20 = 13.6 * hHg
P = F / S = dinas / cm2
También suele expresarse como el peso de una columna líquida por unidad de superficie, que se equilibra con la presión ejercida sobre el líquido.
p = ρ * g * h
El peso específico (ρ) vale 1 g / cm3
para el agua y 13.6 g / cm3 para el mercurio (Hg)
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Pb Pb
760 7600
P absoluta = 760 mmHgP relativa = 0 mmHg
P b =g h
BAROMETROEs un instrumento que permite medir las presiones absolutas que en general se expresan en atmósferas (Atm) unidad equivalente a 760 mmHg. El kPascal es equivalente a 7,5 mmHg y el Torr a 1 mmHg.
MANOMETROEs un instrumento que permite medir presiones relativas y no absolutas pues compara las presiones desconocidas con la de referencia que es la presión barométrica. Sus unidades son cm de H20 o mm de Hg.
PPRREESSIIOONNEESS
EESSTTAATTIICCAASS
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Cuando se llena con agua el peso de la columna líquida es proporcional al peso específico de 1 g/cc y a su altura; la unidad es cm H2O. Una presión arterial de 164 cmH20 es equivalente a 120 mmHg (1cmH20 = 0,73mmHg).
Cuando se llena con agua el peso de la columna líquida es proporcional al peso específico de 1 g/cc y a su altura; la unidad es cm H2O. Una presión arterial de 164 cmH20 es equivalente a 120 mmHg (1cmH20 = 0,73mmHg).
Cuando se llena con mercurio el peso de la columna líquida es proporcional al peso específico de 13.6 g/cc y a su altura; la unidad es mmHg.Cuando una presión es de 120 mmHg es equivalente a 164 cmH20 (1mmHg = 1,3 cmH20).
Cuando se llena con mercurio el peso de la columna líquida es proporcional al peso específico de 13.6 g/cc y a su altura; la unidad es mmHg.Cuando una presión es de 120 mmHg es equivalente a 164 cmH20 (1mmHg = 1,3 cmH20).
El cero del sistema se obtiene cuando el manómetro está desconectado o ambas ramas están en contacto con el medio ambiente; como no hay diferencia entre los meniscos se acepta que la presión es cero.
La presión barométrica absoluta o medida con un barómetro es 760 mmHg.La presión barométrica relativa o medida con un manómetro en U es 0 cmH20 o 0 mmHg según el líquido que lo llena.
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750 < 760
750 – 760 = -10
P < Pb < 0
P = x
P absoluta = 760P relativa = P - Pb = 0
Pb
P = x 0
Cuando se conecta un manómetro a un recipiente cuya presión se desconoce y ella es igual a la barométrica los meniscos se mantienen
sin modificación.
P=0
Si el menisco asciende en la rama conectada al recipiente la presión medida es menor que la barométrica.
Presión – sub atmosférica
Si el menisco desciende en la rama conectada al recipiente la presión medida es mayor que la barométrica.
Presión + supra atmosférica
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SISTEMAS RIGIDOSLos sistemas constituidos por tubos rígidos no modifican su radio por variaciones de la Presión Estática Efectiva. Tampoco modifican su radio por acción de presiones externas.
SISTEMAS ELASTICOS
Los sistemas fisiológicos están constituidos por tubos elásticos que sufren modificaciones en su radio por las presiones internas y externas.
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PPRREESSIIOONN
TTRRAANNSSMMUURRAA
LL
PPRREESSIIOONN
TTRRAANNSSMMUURRAA
LL
PRESION TRANSMURAL
PTM = 10
PEM < PIM PTM = 10 - 0
PIM=10
PEM=0
PEM > PIMPTM = 10- 15PTM = -5
PIM=10
PEM=15
PTM = 10
PEM < PIM PTM = 5 - (-5)
PIM=5
PEM= -5
En razón de la incidencia de la PRESION INTRAMURAL (PIM) y de laPRESION EXTRAMURAL (PEM) se debe considerar la influencia de ambas presiones sobre el fluido contenido en los tubos elásticos.Conceptualmente es muy importante la PTM, pero su medición es compleja y su uso clínico es poco habitual. Ello conduce a que algunos resultados no puedan interpretarse adecuadamente.
PTM = PIM - PEM
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Si el tubo distensible se coloca dentro de un recipiente rígido y ambos se llenan con el mismo líquido a cada nivel o altura todos los puntos tienen la misma presión.(ver manómetros )Esta presión se puede medir en un manómetro en U (Presión Estática Efectiva) y es además igual a ambos lados de la pared distensible.
Por acción de la gravedad (Presión Gravitacional) varía en igual medida dentro y fuera)
PEM PIM
Los valores de PIM y de PEM irán aumentando hacia el fondo del sistema, pero la diferencia será nula y la PTM no variará en su valor de cero.
PTM = PIM - PEM clic
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PTM = PIM - PEM
PEM = PIM PTM = 0 PTM = 0
PTM = 0
PTM distinta de 0
VASOS SANGUINEOS EN VASOS SANGUINEOS EN PLEURAPLEURA
La Presión Efectiva de la sangre aumenta por transformación de la Presión Gravitacional como en los ejemplos anteriores, en la medida que se va del vértice a las bases del pulmón.
Como los líquidos de pleura y de los vasos sufren variaciones que son de la misma magnitud, el vaso no se deforma y la presión interna del vaso no varía por acción externa. La variación de la PTM ( PTM) es cero.
Pero en este caso, a diferencia del ejemplo anterior, la PTM como valor absoluto no tendrá un valor de cero pues hay una presión intra vascular fijada de antemano por las características cardiovasculares del sistema.
PEM = PIM
PEM PIM clic
clic
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PEM < PIM PTM = 10 - 0
PIM=10
PEM=0
La PRESION INTRAMURAL entendida como PRESION EFECTIVA va aumentando desde la superficie al fondo del tubo elástico y éste se deforma.Si la PEM es igual a cero no tendrá incidencia sobre la PRESION TOTAL (PTM) que se puede ejercer sobre el fluido.
La PTM puede tener el mismo valor de 10, si la PIM vale 5 y la PEM -5.
PTM = PIM - PEM = 10 - 0 = +10
PTM = 5 - (-5) = +10 PEM < PIM PTM = 5 - (-5)
PIM=5
PEM= - 5
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PEM=Pb PIM
Punto 1 PEM = Pb = PIM PTM = 0
Punto 2 PEM = Pb PIM > PEM PTM >0
Punto 3 PEM = Pb PIM >> PEM PTM >>0
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Si el tubo distensible lleno de líquido se coloca en aire, sobre la pared externa se ejerce una presión constante que es la barométrica o varía muy poco con respecto a ella, como ocurre en el pulmón.
En capas mas profundas del líquido irá aumentando la presión estática efectiva por la acción gravitacional.
La presión en capas horizontales cercanas a la superficie del líquido dentro del tubo será casi igual a la barométrica y la diferencia entre ambas será cero.
El manómetro mide una presión que es igual a la diferencia entre la del líquido y la barométrica y en este caso está dando el valor de PTM (PIM - PEM = PIM - Pb).
Al medir la presión con el manómetro la PIM irá aumentando su valor, tal como ocurría en el tubo rígido, pero ahora se producirá una deformación de la pared pues la PTM aumenta.
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PEM cte PIM
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PTM1 < PTM2 < PTM3
Un buen ejemplo del tema que se desarrolla es la red capilar del pulmón y su relación con el gas pulmonar.
Cuando la PIM y l a PEM son de igual valor y signo la PTM es cero.
La PTM aumenta porque la presión ejercida por el gas (PEM) se puede considerar constante por su poca variación en tanto la presión dentro de los vasos (PIM) va aumentando.La presión en los vasos se ha descrito antes cuando la Presión Efectiva va aumentando de los vértices a las bases pulmonares.
VASOS DEL PULMON
Ahora se ve que también la PTM va aumentando de la misma manera. En el pulmón hay movimientos ventilatorios y cambios cíclicos de presión, que deben ser considerados.
Cuando la PEM se hace subatmosférica como ocurre en la
inspiración el calibre del vaso elástico aumenta y la PTM aumenta.Cuando la PEM se hace supraatmosférica como ocurre en una espiración forzada el vaso disminuye de calibre…………………… y la PTM es menor.
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PRESIONES TRANSMURALES PRESIONES TRANSMURALES EN EL PULMONEN EL PULMON
PTP
La Presión Transpulmonar (PTP) permite conocer la interacción de las fuerzas que actúan sobre la pared del pulmón: la PIM es la alveolar y la PEM es la pleural
PTP = PIM - PEM = PA - Ppl
La PA se suele medir como la presión en la boca (Pbo) en condiciones de relajación del sistema elástico o de flujo cero.
La Ppl se mide por medio de un balón colocado en esófago
Esta PTP se mide habitualmente con un trasductor diferencial y es la forma mas adecuada para estudiar modificaciones en el comportamiento elástico del pulmón.
La graficación de la PTP en relación al volumen alcanzado por el pulmón permite medir la compliance pulmonar (V/P) o estimar la resistencia elástica.
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PTTNo es habitual su medición como manera específica de conocer la complacencia de la caja torácica.Pero si es importante la incidencia de sus valores sobre el aspecto físico de los individuos con diferente patología.
El paciente obstructivo crónico tiene una complacencia pulmonar aumentada (retracción elástica disminuida) y una PTT menos negativa, lo que unido al atrapamiento aéreo configura un tórax grande.
El paciente restrictivo tiene una complacencia disminuida (retracción elástica aumentada) y una PTT mas negativa, por lo que presenta un tórax pequeño.
Ppl
Ppl
La Presión Transtorácica (PTT) permite conocer la interacción de las fuerzas que actúan sobre la pared torácica: la PIM es la pleural (Ppl) y la PEM es la barométrica (Pb)
PTT = PIM - PEM = Ppl - Pb = Ppl – 0 = Ppl
PRESIONES TRANSMURALES PRESIONES TRANSMURALES EN EL PULMONEN EL PULMON
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La Presión Transdiafragmática (Pdi) permite conocer la interacción de las fuerzas que actúan sobre el diafragma: la PIM es la abdominal (Pabd) y la PEM es la pleural (Ppl)
Pdi
Ppl
Pdi = PIM - PEM = Pab - Ppl
La misma sonda de doble vía que se usa para medir Ppl se ingresa hasta el estómago para calcular la Pabd
La Pabd se mide como presión estomacal y se le restan 8 cmH20 atribuidas a la contracción del músculo gástrico.
La Pdi se completa con su diferencia con la Pdimax obtenida por esfuerzo máximo, con el tiempo en que es activa durante la inspiración (Ti / Ttot).
Es un índice que se utiliza para cuantificar fatiga diafragmática.
TTdi = (Pdi/ Pdimax) * Ti/Ttot
PRESIONES TRANSMURALES PRESIONES TRANSMURALES EN EL PULMONEN EL PULMON
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Circulación arterial Circulación venosa
Vías aéreas
Se continuará desarro llando los aspectos físicos de las vías aéreas y alvéolos, pero es conveniente recordar la compleja realidad del pulmón. Es una imagen obtenida con inhalación de sustancia opaca a los Rayos X y muestra bronquios y bronquiolos.
También se desarrollarán aspectos físicos de la circulación pulmonar.
Al inyectar sustancias opacas en una vena periférica, se observa su ingreso en la red arterial pulmonar
Luego de pasar por los capilares, la sustancia opaca sale por la red venosa pulmonar.
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FISICA FISIOLOGIATENSION: fuerza por unidad de longitud
T = F / l = Dina / cm
F
La tensión en un elástico circular se puede entender como la fuerza por unidad de longitud que hay que aplicar para unir los extremos luego de ser cortado,
Tensión arterial se usa de manera incorrecta para referirse a la presión que ejerce la sangre en un vaso sanguíneo
Tensión de oxígeno se usa incorrectamente para referirse a la presión parcial ejercida por las moléculas de un gas.
Para un elástico lineal es la fuerza que es necesario aplicar para lograr un estiramiento unitario
F
l
Tensión
Retracción Distensión
Presión +
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Existen numerosas variables que se usan de manera confusa y es necesario ajustar los conceptos fisiológicos a las definiciones físicas.
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Elasticidad es una propiedad de la materia que le permite volver a su condición inicial luego de ser deformada por una fuerza externa.
La materia elástica ofrece una resistencia al estiramiento, que se ejerce en condiciones dinámicas o de movimiento. Depende de las características del movimiento y de la propia estructura elástica; no es necesariamente una respuesta lineal o previsible en su desarrollo en el tiempo.
Puede entenderse intuitivamente que si el estiramiento producido por una fuerza unitaria es grande la materia es muy distensible, mientras que si la
modificación es pequeña se dirá que es un sistema mas rígido.
Esta propiedad se estudia midiendo el estiramiento sufrido por el sistema ante la aplicación de una fuerza y el análisis inicial en física se realiza con un sistema elástico lineal. Sus unidades corresponden a una tensión.
Obviamente tanto en física como en fisiología los sistemas elásticos se complican en base a estructuras tridimensionales y otras características.
Elasticidad = ΔF / Δ l = dinas / cm
es menor que en el acortamiento
L
F
Histéresis es el fenómeno que presentan los sistemas elásticos donde en el estiramiento la longitud a igual fuerza aplicada
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ELASTICO LINEAL
MODULO DE HOOKE
ELASTICO LINEAL
MODULO DE HOOKE
MENUGENERAL
SISTEMAS ELASTICOSSISTEMAS ELASTICOS
ELASTICO TRIDIMENSIONAL
LEY DE LAPLACE EN UN GLOBO
LEY DE LAPLACE EN UN ALVEOLO
Relación volumen-presión
GLOBO ELASTICO DOBLE (Pimax, Pemax)
ELASTICO TRIDIMENSIONAL
LEY DE LAPLACE EN UN GLOBO
LEY DE LAPLACE EN UN ALVEOLO
Relación volumen-presión
GLOBO ELASTICO DOBLE (Pimax, Pemax)
Los materiales elásticos presentan la propiedad de modificar su forma ante fuerzas externas y volver a su condición inicial al interrumpirse la acción.
Existe cierta confusión sobre los términos a ser aplicados, por lo que se ha optado por seguir la orientación de Philippe Meyer en su Fisiología Humana, editorial Salvat
La propiedad antes mencionada, se suele llamar extensibilidad o defor mabilidad o elasticidad (E).
Se estudia con el módulo de Hooke o de elasticidad ( F / l ) produciendo un aumento unitario de longitud ( l ) por la aplicación de
la fuerza necesaria para lograr ese cambio ( F ).
E1 =F / l E2 =F / l
E1 < E2
Re1 < Re2
La elasticidad y la resistencia elástica son menores en el elástico 1; se produce un aumento de longitud similar con una fuerza menor.
CCOOMMPPLLAACCEENNCCIIAA
PPUULLMMOONNAARR
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CCOOMMPPLLAACCEENNCCIIAA
PPUULLMMOONNAARR
La complacencia ( C = l / F ) (“compliance“ en inglés) o la adaptabilidad o la distensibilidad se refiere al cambio de longitud ( l ) producido por la aplicación en el elástico lineal de una fuerza unitaria……. ( F ).
La complacencia ( C ) es alta y la resistencia elástica es baja en el elástico 1; se produce un aumento de longitud igual con una fuerza menor.
La elasticidad tiene una relación directa con la resistencia elástica
E aumenta Re aumenta
La complacencia tiene una relación inversa con la resistencia elástica
C aumenta Re disminuye
C1 =l / ΔF C2 =l / F
C1 > C2
Re1 < Re2
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Hay una dificultad adicional cuando los elásticos son tridimen sionales, y la fuerza aplicada por unidad de superficie es una presión ( P ) y las modificaciones producidas son de volumen ( V ).
P V E = P / V
C = V / P
En el lenguaje de uso común, que a veces incluye su aplicación médica, la elasticidad y la complacencia o distensibilidad o adaptabilidad se consideran propiedades idénticas del sistema elástico.
Pero debe cambiarse este uso, pues el concepto físico determina que:
Elasticidad aumenta la resistencia elástica aumenta
Complacencia aumenta la resistencia elástica disminuye
Los elásticos biológicos varían las modificaciones por la magnitud de la deformación, por la velocidad en que se produzca, por cambios irreversibles de las estructuras tridimensionales.
SSIISSTTEEMMAASS
EELLAASSTTIICCOOSS
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MMOODDUULLOO
ddee
HHOOOOKK
EE
Un sistema elástico lineal es estudiado variando la fuerza (F) ejercida sobre él midiendo de manera simultánea el alargamiento producido (L);
F u e r z a
para cada tipo de elástico hay un valor fijo de la resistencia al estiramiento que se cuantifica por la relación entre la fuerza aplicada y la longitud alcanzada ( F / L ). Es un valor constante llamado módulo de Hooke.
Longitud
En la gráfica se observa que los dos sistemas elásticos tienen una línea con una pendiente diferente que define sus características; obviamente una vez superada la resistencia mecánica del material, la aplicación de una
fuerza adicional puede romper la estructura elástica.
En la gráfica se observa que los dos sistemas elásticos tienen una línea con una pendiente diferente que define sus características; obviamente una vez superada la resistencia mecánica del material, la aplicación de una
fuerza adicional puede romper la estructura elástica. 1 de 2 MENU
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Cuando se trata de cuantificar la elasticidad en un sistema que no es lineal, sino tridimensional, como el pulmón, las modificaciones producidas serán de volumen (ΔV) y la acción sobre el sistema elástico se producirá por una fuerza sobre la unidad de superficie, es decir una presión (Δ P ).
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 ).
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 conocer la tensión, la interacción de estructuras, de posición corporal, de la presencia de sustancias que modifican las características elásticas del sistema.
La medición de los cambios de volumen no ofrecen mayores dificultades, aunque deben incluir sistemas fiables y reproducibles y los valores deben ser normalizados por presión barométrica y temperatura.La medición de la presión responsable del estiramiento del pulmón ofrece las dificultades propias de un elástico tridimensional que tiene una presión interna (Presión alveolar ) y una presión externa (Presión pleural).
MMOODDUULLOO
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HHOOOOKK
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Elasticidad = Δ P / ΔVLa resistencia que el sistema elástico opone al estiramiento se define por una relación igual a la anterior, entre presión y volumen. clic
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LLEEYY
DDE E
LLAAPPLLAACCEE
Los sistemas elásticos tridimensionales se rigen por la ley de Laplace que establece la relación entre la presión ( P ) en el sistema en reposo, la tensión ( T ) de la pared elástica y el radio ( r ) alcanzado en su inflado o desinflado
P = k * T / r
La relación no es tan simple como la descrita para el elástico lineal.
Si se acepta que tanto la constante de proporcionalidad como la tensión de la pared se mantienen invariables (en el sistema elástico estudiado o en la ecuación anterior), la presión será inversamente proporcional al radio que alcanza al aumentar de volumen.
P = K / 1 P = K / 2 P = K / 4
Si la presión interna del primer globo se supone de un valor unitario,
1 1 / 2 1 / 4
el se gundo tendrá la mitad y el tercero sólo un cuarto de ese valor.
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P = K / r P = K / r P = K / r
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Si se conectan globos elásticos con las características descritas, el gas se desplazará de mayor a menor presión
Ello significa que el globo pequeño se desinfla en los de mayor tamaño y un sistema elástico con estas características es sumamente inestable, con tendencia a transferir el gas a los globos de mayor tamaño.
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DDE E
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EEN N
UUNN
GGLLOOBB
OO
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NETTER
El pulmón es un sistema elástico constituido por cientos de miles de globos elásticos (alvéolos) de diferente tamaño, que se mantiene en condiciones estables.
Intuitivamente se puede pensar que la ley de Laplace no se cumple en el tejido elástico pulmonar.
La realidad es que existe una sustancia que modifica la tensión a la que están sometidos los globos elásticos o alvéolos de diferente tamaño: el surfactante.
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La tensión superficial es un concepto fundamental para entender el comportamiento elástico del pulmón y el aparente incumplimiento de las leyes físicas.
La Fisiología Respiratoria de Julius Comroe ( año 1965 ) sigue siendo un ejemplo de descripción cuantitativa, modelo que se seguirá en este tema por su claridad didáctica.
En todo líquido hay moléculas que sufren atracción por parte de las otras
moléculas en todas direcciones.
A raíz de esta fuerza desigual, las moléculas de la superficie tienden a crear el área menor posible y ejercen una tensión hacia el interior del líquido.
Es función de esta tensión superficial la forma que adopta una gota de un líquido.
Pero a nivel de la superficie de contacto entre líquido y aire la atracción es desigual; mayor hacia el interior del líquido y menor hacia el aire.
Ts Ts
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Tensión Superficial
20 40 60 80
Se ha descrito la ley de Laplace y se puede concluir que un sistema de globos elásticos inflados a diferente volumen es altamente inestable.
La tensión superficial es una propiedad de estos dos líquidos.................... .que depende de la temperatura, no del área. 2 de 5
La relación entre la tensión superficial……. y el área ocupada por la película de un líquido varía con sustancias como
el agua (70 dinas / cm)
Se pensó que la relación entre la tensión se había modificado en el pulmón; así se transformaba en un sistema estable constituido por millones de globos elásticos de distinto tamaño. Esta hipótesis fue estudiada por Clements de manera brillante.
detergentes (30 dinas / cm)
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y el área de los globos,
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Para estudiar la influencia del área en la tensión superficial, se coloca un líquido formando una película cuya área se puede variar y un sistema para medir la fuerza por unidad de longitud (tensión) necesaria para romper la película.
Cuando la película disminuye su área la tensión para el agua ( ) y para el detergente ( ) tiene un valor fijo, la que se mantiene aunque varíe el área.En cambio cuando se coloca un líquido obtenido de un macerado de pulmón la tensión desarrollada depende del área.
La tensión es baja cuando el área es pequeña y su valor va aumentando cuan do el área se hace mayor.
Cuando el área es grande la tensión superficial es alta y disminuye su valor de manera proporcional a la disminución del área líquida.
Esta diferencia entre el acortamiento y el alargamiento de un sistema elástico se ha descrito como histéresis.
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Cuando en lugar de agua o detergente se coloca un líquido obtenido de un macerado de pulmón la tensión desarrollada depende del área.
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La tensión es baja cuando el área es pequeña
Cuando el área es grande la tensión superficial es alta y disminuye su valor de manera proporcional a la disminución del área líquida.
y su valor va aumentando cuan do el área se hace mayor. Esta diferencia entre el acortamiento y el alargamiento de un sistema elástico se ha descrito como histéresis.
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P = k * T / r
Se ha desarrollado que si tanto la constante de proporcionalidad como la tensión de la pared se mantienen invariables en el sistema elástico estudiado, la presión es inversamente proporcional al radio que alcance.
Lo desarrollado anteriormente permite abordar la ley de Laplace para entender el comportamiento del pulmón como sistema elástico.
Por lo visto hasta aquí es evidente que la tensión del globo elástico debe completarse con la tensión superficial de la película líquida interna, que en el caso del pulmón contiene el surfactante.
Una vez realizado el trabajo elástico que le permite alcanzar un volumen dado, en la condición de equilibrio, la presión interna es mayor en el globo pequeño y menor en el de mayor radio.
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P = K / 1
P = 1
P = K / r
P = K / 2
P = 1 / 2
P = K / r
P = K / 4
P = 1 / 4
P = K / r
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Cuando un globo elástico está recubierto internamente por una película de agua hay una acción de la tensión superficial. Al alcanzar cada volumen se producirá un aumento de la presión, en igual proporción en todos los globos: los menores tendrán mayor presión que los mayores.
2 4TS TS
T = 20 T = 40 T = 801TS
P = 20 / 1 P =40 / 2 P = 80 / 4
P =20 P = 20 P = 20
El análisis de la relación entre tensión superficial y área realizada anteriormente para el surfactante permite concluir que existe una relación especial : la tensión superficial es pequeña en una burbuja de área reducida y es grande en una burbuja de área mayor.
La presión es igual en todos los globos elásticos ( alvéolos) cuando contienen una capa líquida con surfactante en su interior.
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P = K T / r
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Se ha analizado la relación entre presión y volumen de globos elásticos y la cuantificación de sus relaciones por la ley de Laplace. Un globo al ser inflado presenta volúmenes crecientes que se establecen de manera continua durante el proceso.
volumen
presión
En la ventilación normal los alvéolos que alcanzan mayor aumento de volumen (variable independiente), presentan menor presión interna.
Para convertir la película elástica en una burbuja o globo, es necesario producir aumentos importantes de presión, hasta alcanzar la presión crítica de apertura.A partir de ese momento los alvéolos o globos alcanzan aumentos de volumen con presiones de equilibrio menores
La ventilación espontánea genera variaciones de volumen pulmonar a través del trabajo muscular y modificación del tamaño de la caja torácica; ello genera variaciones de presión. El volumen es la variable independiente y la presión es la variable dependiente en la ventilación normal.
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VVOOLLUUMMEENN
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Cuando el inflado se logra por aumento de presión, existe un valor máximo que no se puede sobrepasar; a partir de ese valor el globo estalla. Es lo que ocurre cuando la ventilación es a presión positiva (mecánica, CPAP, BiPAP ) a diferencia de la ventilación espontánea.
volumen
presión
Se comienza a inflar el globo igual que en ejemplo anterior, desde un volumen y una presión bajos.
La presión es la variable independiente y el comportamiento de los globos elásticos está determinada por esta condición.
Al superar la presión el valor crítico de apertura el aumento de volumen es un fenómeno incontrolado y el globo explota si se aumenta más la presión.
Es un fenómeno común de la ventilación a presión positiva que se llama barotrauma y se explica por el diferente comportamiento de los globos elásticos o alvéolos cuando la presión es la variable independiente.
El sistema ha salido fuera del......................... comportamiento elástico normal y se hace inestable.
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PPRREESSIIÓÓNN
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Suelen presentarse problemas de comprensión al analizar las relaciones antes descritas, como ocurre en muchos fenómenos de fisiología ventilatoria que analizan las relaciones entre presión y volumen.
Si se procede a inflar un globo se realiza un trabajo elástico, compuesto de aumento de presión ( P ) que se acompaña de una variación de volumen ( V ).
Tel = Δ P * ΔV
Tel = ƒ P * dV
El resultado final es igual a la sumatoria ( S ) o a la integral ( ƒ ) de los cambios sucesivos producidos ( P * V), hasta el inflado final.
V1 < V 2
Tel1 < Tel2
El trabajo elástico que se debe realizar en dos globos que tienen las mismas características elásticas, es menor en el globo 1,de menor volumen
que en el globo 2 que ha alcanzado un mayor volumen,
Esto puede prestarse a confusión cuando se piensa en lo desarrollado como Ley de Laplace.
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V1 < V 2
P1 > P2
Se ha descrito antes lo que ocurre cuando los dos globos que han sido inflados con el Tel ya descrito, son conectados entre sí luego de haber alcanzado su condición de equilibrio.
Es necesario entender con absoluta claridad cada proceso, porque se describen numerosas relaciones entre presión y volumen que se establecen de diferente manera según el fenómeno físico que se está desarrollando y la ley física que lo rige.
El globo de menor volumen ( V1 ) tiene mayor presión interna ( P1 ) en la condición de reposo al final de su inflado y se desinfla en el globo de mayor volumen ( V2 ) que presenta menor presión ( P2 )
V1 < V 2
Tel1 < Tel2
A pesar de que la condición antes descrita es un proceso de observación en la vida diaria, se entiende con claridad la necesidad de realizar un mayor trabajo para inflar un globo hasta un tamaño mayor, pero no es tan obvio que la presión interna final será menor.
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RREELLAACCIIOONN
PPRREESSIIÓÓNN
VVOOLLUUMMEENN
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clic
clic
GLOBO ELASTICOPRESION PLEURAL
INSPIRACION
ESPIRACION
PRESION INSPIRATORIA MAXIMA
PRESION ESPIRATORIA MAXIMA
RELAJACIÓN
GLOBO ELASTICOPRESION PLEURAL
INSPIRACION
ESPIRACION
PRESION INSPIRATORIA MAXIMA
PRESION ESPIRATORIA MAXIMA
RELAJACIÓN
MENUGENERAL
Se ha descrito el comportamiento de un globo elástico rodeado por una presión uniforme, que puede suponerse la presión barométrica (Pb) o la de cualquier sistema que lo rodea.
Es necesario analizar el comportamiento de dos globos, uno dentro del otro, para entender los aspectos mas simples de la interacción entre la caja torácica y el pulmón.
Su desarrollo es indispensable a fin de describir posteriormente las distintas presiones que se miden en la exploración funcional ventilatoria y los diferentes fenómenos que ellas cuantifican.( ver Capítulo 4, Complacencia)
En el modelo que se describe el pulmón ( ) es el globo interno y tiene un comportamiento similar a lo desarrollado anteriormente.
Se cumple la Ley de Laplace, con las modificaciones descriptas en relación a la tensión superficial y el surfactante.
La caja torácica ( ) está representada por un globo externo que no tiene conexión con el exterior, incluyendo también un espacio entre ambos ( el espacio intrapleural ).
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PRESIÓN
PLEURAL
clic
clic
.
Se trata de un modelo con dos globos elásticos que tienen un espacio entre ellos sin comunicación con el exterior.
El globo interno ( pulmón ) está conectado con el exterior, lo que le permite una reducción de volumen por acción de la tensión de su pared.
Su tendencia es alcanzar la condición de reposo elástico, que se producirá al eliminar todo el gas de su interior.
Como el espacio entre ambos no tiene comunicación con el exterior, aunque la variación sea mínima, habrá un aumento de volumen, lo que implica disminución de presión. ( ley de Boyle-Mariotte )
De esta manera se genera una presión subatmosférica, es decir que adquiere valores negativos en relación a la barométrica. En el pulmón es la presión pleural.
Esta fuerza elástica se ejerce sobre el espacio existente entre los globos y al ser hermético impide el colapso.
V>
P<
V>
P<Ppl - Ppl -
PRESIÓN
PLEURAL
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clic
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La caja torácica (globo externo) está en reposo elástico cuando tiene un volumen equivalente al 60% de la Capacidad Vital del individuo.
El modelo físico anterior tiene su equivalente en el sistema ventilatorio. Los dos sistemas elásticos en un individuo normal en reposo ventilatorio ejercen fuerzas comparables en sentido opuesto, con un volumen de 30% de la Capacidad Vital.
El pulmón (globo interno) está en reposo elástico con un volumen mínimo, por debajo del volumen en espiración forzada o a Volumen Residual.
P -P -
Por estas razones al conectar el espacio intrapleural con el exterior, el pulmón reduce su volumen y la caja torácica lo aumenta.
Ello significa que en condiciones ventilatorias de reposo el tórax tiene un volumen reducido por la tracción elástica del pulmón.
La comunicación del espacio intrapleural con el exterior se puede producir por rotura del pulmón o de la caja torácica y se llama neumotórax.
Pb
0 cmH20
Pb
0 cmH20
PRESION
PLEURAL
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clic
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La estructura normal del pulmón dentro del tórax puede alterarse al producirse ingreso de sustancias en la cavidad intrapleural (gas, sangre, exudados)
Normal
El neumotórax se refiere al ingreso de gas de manera anormal en el espacio intrapleural.
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Su origen puede ser a través de la caja torácica o por comunicación con el exterior a través del pulmón .
En ambos casos se produ cirá una dismi nución del volumen del pulmón .
Dependiendo de la disminu ción de la venti lación alveolar habrá hipoxia e hipercapnia.Neumotórax
Pulmón derecho
clic clic
La inspiración normal se realiza con la contracción de los músculos inspiratorios que producen un aumento de tamaño de la caja torácica ( globo gris del modelo ). El volumen es la variable independiente.
Parte de la energía entregada al sistema en inspiración se utiliza en vencer la resistencia elástica de la caja torácica y del pulmón.
Si no ingresa gas toda energía adicional aportada por la contracción de los músculos inspiratorios, luego de vencida la resistencia elástica pulmonar, produce una disminución de presión en el globo interno. ( Presión intraalveolar, PA )
El espacio entre los globos es hermético por lo que se cumple la ley de Boyle Mariotte que establece que a temperatura constante el producto de presión ( P ) por volumen ( V ) es una constante
P * V = constante
Si el volumen aumenta, la presión disminuye hacia valores menores; puede llegar a ser subatmosférica
El valor de presión entre los globos (presión pleural, Ppl) depende de la fuerza elástica ejercida por cada uno de ellos y del volumen alcanzado.
xP
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INSPIRACION
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clic
clic
.
P
x
Si en la inspiración descrita anteriormente se permite el movimiento de gas, éste se desplazará por el gradiente de presión generado desde el exterior al
interior del globo, con aumento del tamaño del sistema elástico
x
P
Durante la espiración la disminución del tamaño de la caja se produce por simple relajamiento de los músculos inspiratorios (espiración pasiva)
o por contracción de los músculos espiratorios (espiración activa).
se produce un aumento de la presión por la liberación de la energía elástica acumulada por el globo interno en la inspiración.
También puede originarse la salida del gas hacia el exterior por la energía aportada por los músculos espiratorios en su contracción (espiración activa).(ver Capítulo 3, Trabajo Ventilatorio)
Si no se permite el movimiento del gas,
Las presiones supraatmosféricas generadas por la retracción elástica del globo, originan frente a la presión barométrica externa un gradiente de presión, que permite la salida del gas del globo interior y el regreso a la condición inicial del globo exterior (espiración pasiva)
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ESPIRACIÓN
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clic
clic
Al permitirse el movimiento del gas se produce un desplazamiento desde el interior del globo hacia el exterior, por el gradiente de presión antes descrito.
Lo desarrollado antes es una secuencia que se conoce en fisiología como el ciclo ventilatorio y se completará su descripción mas adelante. ( ver Capítulo 3 Trabajo Ventilatorio ).
x
P
Se ha descrito de manera muy elemental una ventilación normal con un modelo elástico al que hay que añadir la tensión superficial si en el globo interior hay una película líquida.
Existe también una cinética o movimiento en el tiempo
de los sistemas elásticos ( pulmón, tórax, abdomen )
de los gases que se desplazan.
Es un fenómeno que se puede ir completando en la medida en que es
necesario ampliar la información para definir una patología específica.
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ESPIRACION
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clic
clic.
Es importante aclarar aquí algunos conceptos que se usarán en la medición y descripción de la Presión Inspiratoria Máxima (Pimax) y de la Presión Espira toria Máxima (Pemax).
Volumen Residual
(VR)
Capacidad
Pulmonar
Total
Para medir la Pimax a VR se realiza primero una espiración forzada y con el volumen intrapulmonar a VR se produce un esfuerzo inspiratorio máximo a glotis cerrada. Los músculos inspiratorios están por debajo de su condición de reposo elástico por lo que generan una fuerza importante y una gran presión subatmosférica.
X
P
Para medir la Pimax a CPT se realiza primero una inspiración forzada y con el volumen intrapulmonar a CPT se produce un esfuerzo inspiratorio máximo a glotis cerrada. Los múscu los inspiratorios están estirados al máximo y por ello no pueden realizar un gran esfuerzo; generan una presión subatmosférica menor que a VR.
X
P
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PRESIONES
MAXIMAS
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clic
clicclic
Volumen Residual ( VR ) Capacidad Pulmonar Total ( CPT )
Para medir la Pemax a VR se realiza primero una espiración forzada y con el volumen intrapulmonar a VR se produce un esfuerzo espiratorio máximo a glotis cerrada. Los músculos espiratorios pueden generar una fuerza importante y producen una presión positiva o supraatmosférica.
X
P
Para medir la Pemax a CPT se realiza en este caso primero una inspiración forzada y con el volumen intrapulmonar a CPT se produce un esfuerzo espiratorio máximo a glotis cerrada. Los músculos espiratorios y el pulmón están alejados de su condición de reposo; generan una presión supraatmosférica mayor que a VR.
X
P
Esta técnica se puede realizar para un solo volumen o trazar una línea completa entre VR y CPT. Se evalúa la fuerza muscular y las Pimax y Pemax son variables de uso clínico habitual.
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PRESIONES
MAXIMAS
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clic
clicclic
Se analiza a continuación la relajación muscular a glotis cerrada luego de haber fijado determinado volumen pulmonar (VR, Capacidad Funcional Residual (CFR) y CPT). Es una técnica para estudiar la patología del sistema elástico estático del sistema ventilatorio ( caja torácica y pulmón juntos)
VR CPTCFR
A VR y posterior relajación ventilatoria, los músculos tienden a distenderse y el pulmón a retraerse.
La fuerza muscular es mayor y la presión es negativa
P -
A CFR y posterior relajación ventilatoria, los músculos tienden a distenderse menos
Ambas fuerzas son iguales y la presión cero.
y el pulmón a retraerse aún mas.
P cero
A CPT y posterior relajación ventilatoria, los músculos tienden a retraerse
Ambas fuerzas se suman y la presión resultante es positiva.
y el pulmón a retraerse aún mas.
P +
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RELAJACION
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clic clic
clic clicclic
La curva de relajación del sistema ventilatorio, estudia el comportamiento del conjunto que constituyen el pulmón y los músculos de la caja torácica.
Este fenómeno se analizará nuevamente en el capítulo de trabajo ventilatorio, donde es necesario aplicar los conocimientos físicos básicos antes desarro llados
100
80
60
40
20
0-30 -20 -10 0 +10 +20 +30
Volumen (% de CV)
Presión Alveolar
CFR
CPT
VR
Al medir la presión transpulmonar (Pa – Ppl) y relacionarla con las variaciones de volumen pulmonar, se está realizando el estudio por separado de las propiedades elásticas del pulmón.
Es lo que se ha aceptado que se llamará en este programa complacencia pulmonar. 2 de 3 MENU
RELAJACION
Estos fenómenos se verán nuevamente en su relación entre volumen pulmonar y presión bucal y el gráfico que se presenta es sólo un anticipo de lo desarrollado en el Capítulo 3, Trabajo Ventilatorio.
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100
80
60
40
20
0-90 -60 -30 0 +30 +60 +90
Volumen (% de CV)
Presión
Se analizan las condiciones de reposo del sistema ventilatorio, de los músculos ventilatorios y del pulmón
Se analizan las curvas de presión inspiratoria máxima (Pimax), de presión espi ratoria máxima (Pemax) y de relajación del sistema ventilatorioExiste una gran diferencia entre la descripción de los fenómenos físicos y las variables medidas en los estudios del laboratorio clínico. Esta diferencia debe ser entendida para que los conceptos básicos puedan ser aplicados a la mecánica ventilatoria. FIN MENU
MENUGENERAL
El Capítulo 1 El Capítulo 1 CONCEPTOS FISICOS CONCEPTOS FISICOS
del Programa Interactivo del Programa Interactivo ha llegado a su fin.ha llegado a su fin.
FIN
