RECUERDO DE FISIOLOGÍA. MECANICA.

Propiedades estáticas del aparato respiratorio.

La elasticidad es una de las propiedades de la materia, en virtud de la cual un cuerpo tiende a

recobrar su forma primitiva una vez cesa la fuerza que lo estaba deformando. Cuando un cuerpo

elástico perfecto es sometido a la unidad de fuerza, se estira una unidad de longitud y cuando es

sometido a 2 unidades de fuerza, se estira dos unidades de longitud (ley de Hook) y así hasta que

exceda su límite y se rompa.

LEY DE HOOK

El pulmón y la caja torácica también son cuerpos elásticos, pero no perfectos. Si los

sometemos a una fuerza se producirá un cambio de longitud en sus fibras y globalmente en

volumen. Esta relación: de fuerza o presión/ volumen, nos informará de sus propiedades de

distensibilidad.

Supongamos un pulmón de separado del tórax, intubado y colocado en un frasco en el cual

estamos aplicando diferentes presiones negativas con una bomba El plumón se insuflará y variará el

volumen (lo medimos con un espirómetro) según las propiedades elásticas del pulmón y la presión

que apliquemos. Se obtiene así la curva presión /volumen que mide las propiedades elásticas del

pulmón.

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Curvas presión/volumen de un pulmón aislado

En el hombre la presión que envuelve al pulmón, que lo mantiene distendido y que lo insufla,

es la presión pleural. Esta presión se determina en clínica midiendo la presión esofágica con un

balón unido a un catéter y un transductor de presión. Así pues con la medición de la presión en

esófago (caja torácica o pleural) y el volumen (espirómetro) obtenemos las curvas de compliance o

de presión/volumen, En el enfisema estará aumentada la compliance (V / P) y en la fibrosis

disminuida.

Curvas de compliance de pulmón normal, fibroso y enfisematoso

El pulmón esta rodeado de la caja torácica, que también tiene sus propiedades elásticas

distintas de las del pulmón y que solo se pueden medir cuando se separa de él. El punto de reposo de

ambos se observa al abrir el tórax: el pulmón se colapsa (volumen casi 0) y la caja torácica se

expande hasta aproximadamente el 60% de la CV. Cuando se ponen juntos y se hace el vacío entre

ellos, la fuerza expansiva de la caja torácica se opone a la fuerza de retracción pulmonar, hasta

alcanzar un punto de equilibrio entre los dos que es el punto de capacidad residual funcional (CRF).

Este punto se alcanza pues cuando no hay contracción muscular y la glotis abierta. Dependerá de la

compliance del pulmón y de la caja torácica .

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Representación de los volúmenes de pulmón y caja torácica separados y unidos

Relación P/V de caja torácica, pulmón y la suma de las dos (línea continua). Obsérvese que el punto

de reposo (presión 0) es el de capacidad residual funcional (FRC).

Factors determining FRC in adults

FRC (P L = - Pw)

Modified from Knowles et al. J.A.P. 14: 525-530, 1959

PL = PALV - PPL

PW = PPL - PATM

PRS = PALV - PATM

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Las mismas curvas, con representación de los volúmenes y fuerza del pulmón y de caja

torácica

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Los volúmenes pulmonares vendrán determinados por el juego de fuerzas entre los mm

inspiratorios, espiratorios y las retracciones elásticas del pulmón y de la caja torácica, según la

lung elasticity

chest wall elasticity

muscluar action

upper lobe

lower lobe

fl uid

elastic f orces

chest wall is springing aside

Juego de fuerza que determinan los volúmenes pulmonares: elasticidad y fuerza muscular. A

derecha, lo que sucede en un neumotorax y de separa pulmón y caja torácica.

Juego de fuerza se elasticidad de caja y pulmón en los diferentes niveles de capacidad vital

Los volúmenes pulmonares se determinan con un espirómetro o un neumotacometro que

además nos van a permitir medir flujos directamente (neumotacometro) o si relacionamos los

volúmenes con el tiempo (espirómetros).

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Figura 7.

Static lung volumesDefinition: Volumes measured with no flow in the airways

From Pappenheimer et al .Fed Proc 9: 602-615,1950 5

Espirómetro de campana y volúmenes pulmonares.

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volume

time

diaphragm

elasticity

abdominal muscles

diaphragm

neck muscles

elasticityelasticity

abdominal muscles&

Volúmenes estáticos y dinámicos y las fuerza que los determinan

Fig 8

Esquema de neumotacómetro. Se mide la caída de presión (P1-P2) al pasar un flujo a través de una

rejilla con una resistencia conocida. El volumen será el sumatorio de flujos.

A partir de la influencia que tiene la relación retracción elástica de la caja torácica y pulmón

y la fuerza muscular, se pueden deducir los volúmenes pulmonares en las diferentes patologías

respiratorias

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Propiedades dinámicas. Hasta ahora hemos estudiado el pulmón en condiciones

estáticas, es decir sin movimiento de aire. Para que entre el aire en el pulmón se deben vencer la

resistencia elástica (ya comentada) y la friccional al pasar el aire por la vía aérea. Esta resistencia se

expresará por: R = P1-P2 / flujo, en el pulmón: Raw = Pboca- P alv /flujo.

En un sujeto normal, el principal componente de resistencia del sistema es la

nariz y las vías aéreas altas. Las dístales (de menos de 2 mm) suponen únicamente el

20% de la resistencia total.

La resistencia depende fundamentalmente de la superficie trasversal de la vía

aérea y de la densidad y viscosidad del gas inspirado. La superficie transversal de la vía

aérea depende en gran medida del soporte elástico de la misma, de tal manera que un

pulmón enfisematoso con soporte elástico disminuido tendrá mayor resistencia que un

pulmón normal.

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airflow

PAtmPAlv

RP

V

VPAlv V

4rπ

lη8PΔ=R Poiseuille’s law

alveolar pressure muscular strength

elasticity

airflow is dependent on:

resistance airway collapse

airway obstruction

Determinantes del flujo aéreo.

Variaciones de resistencia dependiendo de la elasticidad pulmonar

La resistencia dependerá también del volumen pulmonar al cual se mida ya que la retracción

elástica pulmonar varía con el volumen. Por ello, si se hace una espiración forzada y se mide el flujo

a diferentes niveles de la capacidad vital, el flujo cae a medida que el volumen pulmonar disminuye.

Con ello se obtiene la curva flujo/volumen . En ella la primera parte y sobretodo el flujo pico,

depende del esfuerzo y la parte final es esfuerzo independiente y es índice de la elasticidad

pulmonar.

Variaciones de la resistencia según el volumen pulmonar a la que se mide.

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Variaciones de flujo según el volumen pulmonar al que se mide…curva flujo/volumen

En una espiración forzada, al final de la misma se produce compresión dinámica de vías

aéreas por el siguiente mecanismo: La presión intraalveolar en la espiración es la suma de la Ppl y

la debida a la retracción elástica pulmonar (Pstl). En el caso de la figura será 10 + 10 = 20. Esta

presión va cayendo a lo largo de la vía respiratoria hasta igualarse con la atmosférica (0), lo cual

produce el flujo. Habrá un punto en que la presión intrabronquial y la que rodea el bronquio se

equilibran. Este es el punto de igual presión, a partir del cual la presión es mayor fuera que dentro

del bronquio. A niveles alto de la capacidad vital el punto de igual presión está en las vías aéreas

no compresibles, pero a medida que disminuye el volumen pulmonar, y con el Pstl, se desplaza a

zonas compresibles. A partir de ese momento la presión que conduce el flujo será: Palv (Ppl +Pstl)

– Ppl (ya que esta actuando fuera del bronquio), es decir Pstl. Asi pues la parte final de la curva

flujo/volumen es independiente del esfuerzo y nos informa de las características elásticas del

pulmón .

0

Fenómeno de compresión dinámica de vías aéreas

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Curvas flujo volumen con diferentes niveles de esfuerzo. Obsérvese que hay una parte

esfuerzo independiente (zona con compresión dinámica de vías aéreas y en la que el flujo esta

producido por la retracción elástica pulmonar.

alveolar and intrathoracic pressure

PAlv

Palv =Pint.th =

Pcw

Pcw

+ Plung+ Pmusc

+ Pmusc

alveolus mouth

pressure

Pmusc

Pcw

Plung

PAlv

expiratory airway collaps

airway

PAtm

Equal Pressure Pointintra-thoracic pressure

transmural pressure

Presiones en la vía aérea y compresión dinámica de vías aéreas en una espiración forzada

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F-V curve in lung emphysema

flow

volume

airway mechanics in lung emphysema

alveolus airway mouth

P

Pmusc

Pcw

Plung

Plung

+

+expiration

-

-inspiration

Compresión dinámica de vías aereas en el enfisema y consiguientes curvas flujo/volumen

En el enfisema, dado que la PSTl es baja, Pal en la espiración será menor y con ello la

caída de presión será más rápida, produciéndose compresión dinámica de vías aéreas incluso a

volumen corriente

Supuesto caso de enfisema con las presiones de la luz bronquial alteradas y producción

de compresión dinámica de vías aéreas.

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Otras manera de estudiar de estudiar los flujos es con la espirometría forzada en la que se

obtiene el volumen de aire espirado máximo por segundo (FEV1). Este volumen puede estar

disminuido porque esta disminuida la TLC (patrón restrictivo) o porque aunque el volumen sea

normal, haya dificultad para expulsar el aire (patrón obstructivo). El índice de Tiffenau: FEV1/VC,

normal en el primer caso y disminuido en el segundo nos lo indica

maximal deep inspiration

sternocleidomastoideusscalenis

Técnica de espirometría FORZADA.

Espirometría forzada. FEV1.

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