Ventilación pulmonar

Julia Giriboni

Departamento de Fisiología

2014

Etapas de la respiración

Intercambio de O2 y CO2 entre

sangre y tejidos

HEMATOSIS

Trasporte de gases de la sangre a los

tejidos

Intercambio de O2 y CO2 entre aire alveolar y

sangre

Intercambio de aire entre

atmósfera y alvéolos

VENTILACIÓN PULMONAR

Objetivos de la clase

• Comprender los mecanismos por los que el aire se mueve en el sistema respiratorio.

• Comprender la relación entre presión y volumen, y cómo los gradientes de presión se relacionan con el flujo de aire.

• Comprender el funcionamiento de las fuerzas internas y externas que actúan sobre los pulmones.

• Comprender cómo diferentes factores influyen en la distensibilidad pulmonar.

A través de

VENTILACIÓN PULMONAR Entrada y salida de aire desde la atmósfera a los pulmones

CILCO RESPIRATORIO

Inspiración Espiración

Insuflación alternada de los pulmones

Intercambio gaseoso

(captar O2 del aire y eliminar el CO2 del organismo) entre aire alveolar y capilares sanguíneos

PROPIEDADES ELÁSTICAS de los pulmones y el tórax

DISTENSIBILIDAD o compliance:

cambios de volumen en relación a la presión

ELASTICIDAD:

Capacidad de retornar a su forma inicial

Es la fuerza que debe realizarse para sacar a un cuerpo elástico del reposo

fuerza

𝐶 = ∆𝑉

∆𝑃

Es la fuerza que debe realizarse para volver al reposo

MECÁNICA RESPIRATORIA

Expansión del diámetro torácico y de los pulmones.

Disminución del diámetro torácico, desinflación de los pulmones

INSPIRACIÓN ESPIRACIÓN

Expansión y retracción de los pulmones por movimiento de: - Costillas y esternón - Músculos respiratorios

Activo En gral pasivo

inspiración

esternocleidomastoideo

escalenos

intercostales externos

diafragma

espiración

intercostales internos

oblicuo abdominal externo

oblicuo abdominal interno

transverso abdominal

recto abdominal

Musculatura torácica

Músculos respiratorios accesorios

El diafragma

Forma de cúpula Músculo respiratorio más importante Respiración normal tranquila se da casi totalmente por su movimiento Cuando se contrae se desplaza hacia abajo y aumenta el volumen torácico (20%) Cuando se relaja vuelve a subir y disminuye el volumen torácico Es el que consume menos energía por variación de volumen pulmonar

DIFERENCIAS DE PRESIÓN ENTRE LA ATMÓSFERA Y LOS ALVÉOLOS

Cambian durante el ciclo respiratorio en función a la actividad rítmica de los músculos respiratorios (además de la elasticidad del tórax y los pulmones y las resistencias que se oponen al flujo de aire)

¿Cómo se genera el movimiento de aire en los pulmones?

Activación de músculos

respiratorios

Generan fuerza y cambio de

volumen torácico

Cambios de presión

Flujo de aire, VENTILACIÓN PULMONAR

Ciclo respiratorio

Características elásticas de pulmones y tórax

¿Cómo se genera el movimiento de aire en los pulmones?

Pulmones elásticos, si no hay fuerzas que los mantengan insuflados, colapsan “Flotan” en la cavidad torácica – pleura

Pleura parietal

Pleura visceral

Pared torácica

Cavidad pleural

Diafragma

P<0

Aspiración del líquido pleural

Vacío de Dönders

P pleural <0

PRESIONES EN FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

P atmosférica

P alveolar

P respiratoria

Reposo glotis abierta

Inspiración Espiración

P alveolar = P atm P alveolar < P atm P alveolar > P atm

Medida de las fuerzas elásticas que tienden a colapsar a los pulmones – es una presión de retroceso

Inspiración Espiración

Pre

sió

n (

cm

de

H2O

) V

olu

men

(m

L)

P pleural

P alveolar

P transpulmonar

Volumen pulmonar

0

-2

-6

-8

-4

aire en las vías aéreas + aire en los alvéolos

La ventilación pulmonar se puede calcular:

Vol ventilación pulmonar (VVP) = Vol corriente x Frec Respiratoria

0

4

8

12

16

20

vaca Holando caballo purasangre

perro Beagle

VV

P (

mL)

320 mL 770 mL 120 mL Vol corr

El vol de aire que entra o sale de los pulmones por minuto

MEDIDA DE LA DISTENSIBILIDAD PULMONAR

P pleural (cm H2O)

Vo

l pu

lmo

nar

(L

)

Espiración

Inspiración

Para generar grandes cambios de volumen se

necesita ejercer gran presión

El pulmón es más distensible cuando contiene poco volumen

La distensibilidad del pulmón es diferente en la fase de llenado que en la de vaciamiento

Para cualquier P, el volumen de desunflación es mayor que el de insunflación

HISTÉRESIS PULMONAR

Curva PRESIÓN - VOLUMEN

P pleural (cm H2O)

Vo

l pu

lmo

nar

(L

)

Espiración

Inspiración

La DISTENSIBILIDAD depende de:

• Fuerzas elásticas de los pulmones • Fuerza elástica causada por la tensión

superficial del líquido que reviste los alvéolos

El parénquima pulmonar contiene fibras de colágeno y elastina entrelazadas entre sí.

Pulmones desinflados Fibras contraídas y torsionadas

Pulmones expandidos Fibras se distienden y desenredan

Curva PRESIÓN - VOLUMEN

más rígido

Menos distensible

Vo

l pu

lmo

nar

(L

) Curva PRESIÓN - VOLUMEN

Las partículas interactúan en la superficie formando una

película elástica

Surfactante pulmonar

La DISTENSIBILIDAD depende de:

• Fuerzas elásticas de los pulmones • Fuerza elástica causada por la tensión

superficial del líquido que reviste los alvéolos

P pleural (cm H2O)

Tensión superficial en los alvéolos

Dentro de los alvéolos el agua también tiende a formar una película elástica que se contrae tienden a colapsar!

Surfactante pulmonar

Agente activo de superficie

en agua

Reduce la tensión

superficial

Secretado por neumocitos tipo II Compuesto por:

- Fosfolípidos (dipalmitoil fosfatidil colina) - Proteínas - Iones calcio

¿Cómo funciona? Propiedades análogas a los detergentes

La porción hidrofóbica no se disuelve y permanece sobre la superficie de agua en los alvéolos

Disminuye la tensión superficial

P pleural (cm H2O)

Vo

l pu

lmo

nar

(L

) Curva PRESIÓN - VOLUMEN

Pulmones llenos de aire (1): interfase aire alveolar – líquido alveolar Pulmones llenos de solución salina (2): no hay interfase aire – líquido, no hay tensión superficial, sólo actúan fuerzas elásticas

Se necesita ejercer más presión para expandir pulmones llenos de aire que de solución salina

La fuerza producida por la tensión superficial es más importante que las fuerzas elásticas en la tendencia a producir el colapso pulmonar

2 1 La DISTENSIBILIDAD depende de:

• Fuerzas elásticas de los pulmones • Fuerza elástica causada por la tensión

superficial del líquido que reviste los alvéolos

Solución salina

SIN TENSIÓN SUPERFICIAL

-2 -4 -8

Tensión superficial en los alvéolos

P

T La tensión

superficial es mayor en los

alvéolos pequeños que en los grandes

La presión que contrarresta la

tensión superficial depende

inversamente del radio de los

alvéolos

Según la Ley de Laplace:

𝑃 = 2𝑇

𝑟

Funciones:

♦ Aumenta la distensibilidad pulmonar – disminuye el esfuerzo respiratorio (histéresis pulmonar)

♦ Favorece la estabilidad de los alvéolos – impide que el plasma se

extravase a los alvéolos (edema pulmonar) ♦ Contribuye a mantener secos los alvéolos

alvéolo pulmonar

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LA CAJA TORÁCICA

♦ La distensibilidad del sistema pulmonar – tórax es casi la mitad que la de los pulmones aislados

♦ Durante a inspiración los músculos respiratorios deben realizar trabajo

♦ Trabajo de distensibilidad: expansión de los pulmones – en contra de las F elásticas de pulmón y tórax

♦ Trabajo de resistencia tisular: necesario para superar la viscosidad de

las estructuras del pulmón y tórax ♦ Trabajo de resistencia de las vías aéreas: necesario para superar la

resistencia de las vías aéreas al flujo de aire ♦ En reposo: el retroceso pasivo del pulmón y la expansión torácica se

encuentran en equilibrio, P total = 0. Luego de una espiración normal el pulmón está relajado y contiene la capacidad residual funcional (CRF).

FLUJO DE AIRE a través de las vías aéreas

𝐹 = ∆𝑃 𝜋𝑟4

8η𝑙

Ley de Poiseuille

bronquio normal

bronquio inflamado

bronquitis

bronquio asmático

P1 P2

R

r

R

♦ Para que haya flujo de aire a través de las vías aéreas:

♦ debe existir diferencia de presiones ♦ debe vencer la resistencia al paso de aire a través de las vías aéreas

FLUJO DE AIRE a través de las vías aéreas

tráquea bronquio bronquiolo

resi

sten

cia

bronquiolo terminal

La resistencia al flujo aéreo depende del número de vías paralelas presentes

las vías aéreas grandes y de mediano tamaño presentan una resistencia al flujo mayor que el que ofrecen numerosas pero pequeñas vías aéreas

La resistencia al flujo de aire determina que existan diferentes tipos de flujo:

(1) Vías aéreas grandes. Tráquea – gran velocidad, flujo turbulento

(2) Vías aéreas medianas , bifurcaciones – flujo transicional

(3) Vías aéreas pequeñas. Bronquios – baja velocidad, flujo laminar, líneas de corriente de aire son paralelas

FLUJO DE AIRE a través de las vías aéreas

Las vías aéreas superiores representan entre el 20-40% de la resistencia al flujo de aire total. En ellas el aire es acondicionado: se humidifica, se calienta y se filtra.

tráquea

1

2

3

bifurcaciones

bronquios

gracias

BIBLIOGRAFÍA

Guyton, A. C., Hall, J. E. 2006. Tratado de fisiología médica. 11º Ed., Madrid, Elsevier. 1115 Pp. García Sacristán, A., Castejón, F., de la Cruz, L., González, J., Murillo, M. y Salido, G., 1995. Fisiología veterinaria. Ed. Interamericana – Mc Graw Hill.