MECANICA VENTILATORIA FISIOLOGIA II

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Mecánica de la Ventilación

OBJETIVOS 1. Definir la resistencia de vía aérea y los factores que contribuyen en alterarla. 2. Describir la compresión dinámica de la vía aérea durante la espiración forzada. 3. Entender los cambios relacionados en la distensibilidad dinámica del pulmón con las alteraciones en la resistencia de la vía aérea.

OBJETIVOS 4. Establecer los factores que contribuyen al trabajo de la respiración. 5. Indicar las alteraciones en el trabajo respiratorio en condiciones fisiopatológicas.

RESISTENCIA VIA AEREA

Para hacer circular aire dentro y fuera de los pulmones es necesario vencer varios factores aparte de la retracción elástica de los pulmones y la pared torácica.

Estos factores comprenden la resistencia de fricción del pulmón y el tejido de la pared torácica y la resistencia de fricción de las vías aéreas al flujo de aire.

RESISTENCIA VIA AEREA

La resistencia pulmón- pared torácica por lo común es poco significativa pero puede aumentar mucho en pacientes con limitaciones mecánicas de la caja torácica.

La resistencia del tejido pulmonar es producida por la fricción que se encuentra a medida que el pulmon se mueve contra sí mismos cuando el pulmón se expande.

RESISTENCIA VIA AEREA ▪ La resistencia de las vías aéreas más la resistencia del tejido pulmonar suelen llamarse resistencia pulmonar.

Resistencia del tejido pulmonar aporta 20%. Puede aumentar en enfermedades como sarcoidosis o la fibrosis pulmonar.

Resistencia de la vías aéreas aporta 80%. Puede aumentar en personas normales y en diversas patologías.

Resistencia de las vías respiratorias ▪ La diferencia de presión en un conducto depende de la velocidad y de tipo de flujo ▪ Depende de la retracción elástica pulmonar, pared torácica, resistencia de la fricción de las vías respiratorias a la expansión

▪ EN LOS CONDUCTOS CIRCULARES RECTOS

P (Presión impulsadora) Volumen de flujo=

r4

_____________________________

8 n (viscosidad) l (longitud) ▪ La resistencia es un término significativo sólo durante el flujo. Las unidades de resistencia de flujo aéreo son cmH2O / L / s

RESISTENCIA VIA AEREA

Es difícil comprender y cuantificar la resistencia al flujo aéreo en el sistema conductor del pulmón por la propia naturaleza de las vías aéreas. Aunque es relativamente fácil revisar la resistencia al flujo aéreo de un tubo rígido, no ramificado, el sistema distensible de las vías aéreas, ramificado, que se estrecha y se distiende y se comprime, dificulta el análisis de los factores que contribuyen a las resistencias de las vías aéreas por lo que solo se han establecido aproximaciones.

Flujo laminar ▪ La resistencia del flujo es la presión impulsadora dividida por el flujo

▪ La importancia depende del radio del conducto, longitud del conducto, viscosidad del gas ya que dentro del conducto se desplaza con mayor velocidad ▪ El flujo laminar consiste en una serie de cilindros de aire dispuesto concentricamente, que fluyen a distintas velocidades ▪ Cuando el radio se reduce a la mitad, la resistencia se multiplica por 16 ya que es inversamente proporcional al radio a a la cuarta potencia

Flujo laminar ▪ La disposición en forma de telescopio es tal que el cilindro más cercano a la pared del vaso tiene la velocidad menor debido a las fuerzas de fricción ocasionadas por la pared; la vía del centro del vaso tiene la mayor velocidad.

RESISTENCIA VIA AEREA ▪ Cuando un fluido como el aire circula por tubos rígidos, de agujero liso, su comportamiento obedece a la ley de Poiseville. La diferencia de presión es directamente proporcional al flujo multiplicado por la resistencia. ▪ Según esta ley la resistencia es directamente proporcional a la viscosidad del líquido y a la longitud del tubo y es inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio del tubo.

Δ P α V R1

RESISTENCIA VIA AEREA ▪ El flujo cambia de laminar a turbulento cuando el número de Reynolds en mayor de 2000. ▪ El número de Reynolds es un número sin dimensiones igual a la densidad del fluido por la velocidad del mismo por el diámetro del tubo dividido entre la viscosidad del fluido.

Número de Reynolds = p x Ve x D n

RESISTENCIA VIA AEREA Durante el flujo turbulento, la relación entre la diferencia de presión, flujo y resistencia cambia. Como la diferencia de presión es proporcional al cuadrado del flujo, se necesitan diferencias de presión mucho mayores para generar el mismo flujo aéreo. El término resistencia está más influido por la densidad que por la viscosidad durante el flujo turbulento.

El flujo turbulento tiende a ocurrir cuando el flujo aéreo es elevado, cuando la densidad Del gas es elevada, cuando el radio del tubo Es grande o cuando existen las tres condiciones.

RESISTENCIA VIA AEREA

El flujo transicional es una mezcla de los flujos laminar y turbulento. Este tipo de flujo suele ocurrir en los puntos de ramificación o puntos distales a las obstrucciones parciales.

RESISTENCIA VIA AEREA El flujo laminar real probablemente ocurre sólo en las vías aéreas más pequeñas, donde la velocidad lineal del flujo aéreo es extremadamente baja. La velocidad lineal es igual al flujo dividido entre el área de corte transversal. El área total de corte transversal de las vías aéreas más pequeñas es muy grande y por tanto, la velocidad lineal del flujo aéreo es muy baja. El flujo aéreo en la tráquea y vías aéreas más grandes suele ser turbulento o transicional.

DISTRIBUCIÓN DE LA R. DE LAS V.A.

Entre el 25 y el 40% de la resistencia total al flujo aéreo se localiza en las vías aéreas superiores: nariz, cornetes nasales, orofaringe, nasofaringe y laringe. La resistencia es mayor cuando se respira por la nariz que cuando se respira a través de la boca.

Las cuerdas vocales se abren ligeramente durante las inspiraciones normales y se cierran un poco durante las espiraciones. En las inspiraciones profundas se abren mucho. Los músculos de la orofaringe también se contraen durante las inspiraciones normales, con lo cual se dilatan y estabilizan las vías aéreas superiores.

DISTRIBUCIÓN DE LA R. DE LAS V.A. Para el árbol traqueobronquial, el componente con mayor resistencia individual es obviamente la vía aérea más pequeña, que tiene el radio más pequeño. De cualquier forma, como las vías aéreas más pequeñas están dispuestas en paralelo, sus resistencias se suman como recíprocas, de manera que la resistencia total al flujo aéreo ofrecida por las numerosas vías aéreas pequeñas es extremadamente baja durante la respiración normal, tranquila.

Por tanto, en condiciones normales, la mayor resistencia al flujo aéreo se localiza en los bronquios de mediano calibre.

CONTROL MÚSCULO LISO BRONQUIAL

El músculo liso de las vías aéreas desde la tráquea hacia abajo en los conductos alveolares depende del control de fibras eferentes del sistema nervioso autónomo. La estimulación de las fibras posganglionares colinérgicas parasimpáticas produce constricción del músculo liso bronquial; así como aumento de la secreción glandular. Las fibras preganglionares viajan en el vago. La estimulación de las fibras simpáticas adrenérgicas produce dilatación del músculo liso bronquial y bronquiolar, así como inhibición de la secreción glandular. Esta dilatación del musculo liso de las vías aéreas es mediada por receptores B2 que predominan en la vía aérea. La estimulación selectiva de los receptores alfa con agentes farmacológicos produce broncoconstricción.

CONTROL MÚSCULO LISO BRONQUIAL La inhalación de irritantes químicos, humo o polvo, la estimulación de quimiorreceptores arteriales y por otras sustancias como la histamina, produce constricción refleja de las vías aéreas. La disminución de CO2 en las ramas del sistema conductor produce una constricción local del músculo liso de las vías aéreas circundantes, el aumento de CO2 produce dilatación local.

VOLUMEN PULMONAR Y RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS La resistencia de las vías aéreas disminuye con el aumento de volumen. Esta relación prevalece en un pulmón enfisematoso, aunque en el enfisema la resistencia es mayor que en condiciones de salud, especialmente a volúmenes pulmonares bajos.

VOLUMEN PULMONAR Y RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS Las vías aéreas pequeñas tienen muy poco o nada de cartílago. Las vías aéreas pequeñas, por lo tanto, tienen gran distensibilidad (y además son compresibles). En consecuencia, el gradiente de presión transmural a través de la pared de las vías aéreas pequeñas es un determinante importante del radio de las vías aéreas. Como la resistencia es inversamente proporcional al radio de la cuarta potencia, los cambios del radio de las vías aéreas pequeñas pueden producir notables cambios en la resistencia de las vías aéreas, aun con tantas vías paralelas. • Para aumentar el volumen pulmonar, una persona que respira normalmente toma una “respiración profunda”. Este esfuerzo hace que la presión intrapleural se vuelva mucho mas negativa que la de -7 ó -10 cm de H2O que se observa en la respiración normal. El gradiente de presión transmural a través dela pared se hace mucho más positivo y las vías aéreas pequeñas se distienden.

VOLUMEN PULMONAR Y RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS

Una segunda razón de la disminución de la resistencia de las vías aéreas que se observa con volúmenes pulmonares elevados es que la llamada tracción sobre las vías aéreas pequeñas aumenta. Las vías aéreas pequeñas pasan por todo el pulmón desde las inserciones hasta las paredes de los alveolos, a medida que los alveolos se expanden durante la inspiración profunda, la contracción elástica de sus paredes aumenta y es transmitida a las inserciones de las vías aéreas para mantenerlas abiertas.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS La resistencia de las vías aéreas es extremadamente alta con volúmenes pulmonares bajos. Para lograr volúmenes pulmonares bajos, una persona debe hacer un esfuerzo espiratorio forzado contrayendo los músculos de la espiración, principalmente la de los músculos abdominales y los intercostales internos. Este esfuerzo genera una presión intrapleural positiva, que puede llegar hasta 120 cmH2O durante un esfuerzo espiratorio forzado máximo.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS ▪ El efecto de esta presión intrapleural positiva sobre el gradiente de presión transmural durante una espiración forzada puede verse en la parte derecha.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS

Los músculos espiratorios generan una presión intrapleural positiva de +25cmh2O la presión de los alveolos es mayor que la presión intrapleural debido a la presión de la contracción elástica intrapleural de +10cmH2O, que junto con la presión intrapleural produce una presión alveolar de +35cmH2O. La presión de la contracción elástica alveolar disminuye con volúmenes pulmonares bajos porque los alveolos no están tan distendidos.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS Si las vías aéreas fueran rígidas y no se comprimieran, este gradiente de presión espiratorio generaría velocidades muy elevadas del flujo aéreo. Las vías aéreas no son uniformemente rígidas y las mas pequeñas, que no tienen soporte cartilaginoso y dependen de la tracción de los tabiques alveolares para mantenerse abierta, pueden comprimirse y hasta colapsarse. El que se colapsen o no, dependen del gradiente de presión transmural a través de las paredes de las vías aéreas mas pequeñas.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS El gradiente de presión transmural a través de las vías aéreas mas pequeñas es de + 1 cmH2O-(-8) cmH2O = +9 cm H2O

y tiende a mantener abiertas las vías aéreas. Durante la inspiración forzada de la derecha, el gradiente de presión transmural es de 30cmH2O -25cmH2O o solo 5cmH2O, manteniendo las vías aéreas abiertas. Luego las vías aéreas pueden comprimirse ligeramente y su resistencia al flujo aéreo es mayor que durante la inspiración pasiva. Este aumento en la resistencia durante una respiración forzada se llama compresión dinámica de las vías aéreas.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS ¿Qué ocurre en una espiración forzada máxima? A medida que aumenta el esfuerzo espiratorio para llegar a un volumen pulmonar cada vez más bajo, la presión intrapleural se va haciendo cada vez mas positiva y ocurrirá una compresión más dinámica. Inclusive, a medida que el volumen pulmonar disminuye, hay menos presión de compresión elástica alveolar y la diferencia entre las presiones alveolar e intrapleural disminuirá.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS Hipótesis del punto de presión igual

En cualquier instante durante una espiración forzada hay un punto a lo largo de las vías aéreas donde la presión dentro de ellas es exactamente igual a la presión fuera de ellas. En este punto el gradiente de presión transmural es de 0. Por arriba de ese punto el gradiente de presión transmural es negativo, la presión fuera de las vías aéreas es mayor que dentro, lo que da lugar a que se colapsen si el soporte cartilaginoso o la tracción del tabique alveolar es insuficiente para mantenerlas abiertas.

COMPRESIÓN DINÁMICA DE LAS VÍAS AÉREAS

A medida que continúa el esfuerzo espiratorio forzado, es probable que el punto de presión igual se mueve hacia abajo en las vías aéreas pasando de las más grandes hacia las más pequeñas, como se mencionó antes. Este movimiento ocurre porque a medida que aumenta el esfuerzo muscular, la presión intrapleural aumenta, y porque a medida que disminuye el volumen pulmonar, disminuye también la presión de la contracción alveolar. A medida que el punto de presión igual se mueve hacia abajo, la compresión dinámica aumenta y las vías aéreas finalmente empiezan a colapsarse. Este cierre de las vías aéreas solo puede demostrarse con volúmenes pulmonares especialmente bajos en sujetos normales, pero el volumen de cierre puede Durante una espiración pasiva, el gradiente de presión paramas el flujoaltos aéreo es simplemente ocurrir con volúmenes pulmonares en pacientes con enfisema. La presión alveolar menos la presión atmosférica.

Durante una compresión dinámica, el gradiente de presión eficaz es la presión alveolar Menos la presión intrapleural.

EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS ▪ La resistencia al flujo aéreo no puede medirse directamente sino que debe calcularse a partir del gradiente de presión y el flujo aéreo durante una respiración.

Gradiente de presión no se mide directamente, es necesario conocer la presión alveolar.

La presión alveolar no se puede medir directamente; se utiliza un pletismógrafo corporal.

La resistencia de la vía aérea se mide indirectamente.

CAPACIDAD VITAL FORZADA • Permite evaluar la resistencia espiratoria de las vías aéreas. • Significa que el esfuerzo espiratorio máximo ocurrió Capacidad durante esta maniobra. vital forzada

Capacidad Vital

• Es el volumen de aire que un sujeto puede espirar después de una inspiración máxima a la capacidad pulmonar total.

CAPACIDAD VITAL FORZADA ▪ La parte de la curva más sensible a los cambios en la resistencia de las vías aéreas espiratorias se encuentra en el primer segundo de la espiración. ▪ El volumen de aire espirado en el primer segundo de la espiración, especialmente cuando se expresa como una relación con la cantidad total del aire espirado durante la capacidad vital forzada, es un buen índice de la resistencia de las vías aéreas.

CAPACIDAD VITAL FORZADA En sujetos normales, la relación VEF1/CVF es mayor de 0.8, es decir aproximadamente 80% de la capacidad vital forzada se espira en el primer segundo de la CVF.

Otra forma de expresar la misma información es el FEF 25-75 o velocidad del flujo espiratorio forzado.

CURVA PRESIÓN-FLUJO ▪ Estas curvas se obtienen pidiendo al sujeto que haga maniobras espiratorias repetidas con diferentes grados de esfuerzo. Las presiones intrapleurales se determinan con un globo esofágico, los volúmenes pulmonares con un espirómetro y las velocidades del flujo aéreo con un neumotacógrafo.

CURVA PRESIÓN-FLUJO

Esta curva muestra la compresión dinámica y apoya la hipótesis del punto de presión igual. Con este volumen pulmonar al cual la contracción elástica de los alvéolos debe de ser igual, independientemente del esfuerzo espiratorio, con el aumento del esfuerzo espiratorio, el flujo aéreo aumenta hasta un punto. Tras pasar este punto, aunque se genere mayor presión intrapleural positiva, no aumenta el flujo aéreo: el esfuerzo es independiente.

CURVA PRESIÓN-FLUJO

Con volúmenes pulmonares elevados, la velocidad del flujo aéreo es dependiente del esfuerzo; sin embargo con volúmenes pulmonares bajos, los esfuerzos espiratorios de diferentes intensidades iniciales entran en la misma curva de esfuerzo independiente, esta diferencia se debe a que son necesarias presiones intrapleurales altas para volumenes pulmonares muy bajos.

CURVAS DE FLUJO-VOLUMEN ▪ Este tipo de curva ayuda como auxiliar de diagnóstico entre las dos principales clases de enfermedades pulmonares: las enfermedades obstructivas y las enfermedades restrictivas.

CURVAS DE FLUJO-VOLUMEN ▪ Las enfermedades obstructivas son las que interfieren con el flujo aéreo, las restrictivas son las que limitan la expansión del pulmón. ▪ Ambas pueden producir disminución de la velocidad del flujo máximo que un paciente puede obtener. ▪ Las enfermedades restrictivas suelen producir elevación de la contracción elástica alveolar, disminuyen la velocidad de flujo máximo porque la CPT y CV están reducida. ▪ La relación VEF1/CVF suele ser normal o aún arriba de lo normal porque tanto el VEF1 como la CVF están reducidas.

CURVAS DE FLUJO-VOLUMEN ▪ En enfermedades obstructivas hay volúmenes pulmonares altos y estos elevan la presión de retracción elástica alveolar. ▪ El VR puede aumentar grandemente si el cierre de la vías aéreas ocurre a volúmenes pulmonares relativamente altos. ▪ En la curva flujo/volumen la parte del esfuerzo independiente se deprime hacia adentro, las velocidades de flujo son bajas para cualquier volumen relativo.

ADAPTABILIDAD DINÁMICA ▪ Es el cambio en el volumen de los pulmones dividido entre el cambio en la presión de distensión alveolar durante una respiración. ▪ Con respiraciones bajas la adaptabilidad dinámica es casi igual a la adaptabilidad estática y la relación de ambas es igual a 1.

ADAPTABILIDAD DINÁMICA ▪ En pacientes con resistencia elevada al flujo aéreo en algunas de sus vías aéreas pequeñas, la relación adaptabilidad dinámica a adaptabilidad estática disminuye notablemente a medida que aumenta la frecuencia respiratoria. ▪ Esto indica que los cambios de la adaptabilidad dinámica reflejan los cambios en la resistencia de las vías aéreas, así como los cambios en la adaptabilidad de los alveolos.

ADAPTABILIDAD DINÁMICA

En pacientes con enfermedades de las vías aéreas pequeñas, muchos alveolos pueden ser abastecidos por vías aéreas con resistencia mayor al flujo aéreo que la normal. Estos alvéolos se conocen como “alvéolos lentos”, al aumentar la FR estos no tendrán el tiempo suficiente para llenarse y no contribuirán a la adaptabilidad dinámica.

Es el volumen de aire que circula dentro y fuera del pulmón, el volumen corriente.

Cambio de presión

El trabajo realizado en la respiración es proporcional al cambio de presión por el cambio de volumen.

Cambio de volumen

Trabajo respiratorio

TRABAJO RESPIRATORIO Es el cambio de presión transpulmonar necesario para vencer el trabajo elástico de la respiración y el trabajo de resistencia de la respiración.

TRABAJO ELÁSTICO El trabajo elástico de la respiración es el trabajo efectuado para vencer la retracción elástica de la pared torácica y el parénquima pulmonar y para vencer la tensión superficial de los alvéolos

ENFERMEDADES RESTRICTIVAS

Pacientes obesos, fibrosis pulmonar Ausencia relativa del surfactante.

TRABAJO DE RESISTENCIA

Es el trabajo hecho para vencer la resistencia tisular y de las vías aéreas Elevación de resistencia de las vías aéreas es mas frecuente: asma, bronquitis, enfisema, obstrucción VA superior.

Resistencia tisular se eleva en sarcoidosis

El trabajo de resistencia de la respiración puede ser muy grande durante una espiración forzada, cuando hay compresión dinámica.

El gasto de O2 de la respiración normal es < del 5% de la captación corporal total de O2. puede aumentar un 30% en sujetos normales durante el ejercicio máximo.

Resistencia de la vías respiratorias ▪ Debe calcularse a partir del gradiente de presión y el flujo aéreo durante una respiración: R = Gradiente de presión / Volumen corriente

▪ La presión alveolar se calcula mediante la pletismógrafo. ▪ La resistencia de la vía aérea se valora durante la espiración porque se trata de un factor de interés en pacientes con Enfisema, bronquitis crónica y asma.

Capacidad vital forzada ▪ La capacidad vital es el volumen de aire que un sujeto es capaz de espirar tras una inspiración máxima hasta la capacidad pulmonar total. La Capacidad vital forzada significa que ha realizado un esfuerzo espiratorio máximo durante dicha maniobra ▪ La parte de la curva mas sensible