CAPÍTULO 47 Mecánica de la respiración.

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1 CAPÍTULO 47 Mecánica de la respiración

2 Figura 47-1 Músculos de la respiración
Figura 47-1 Músculos de la respiración. a, a partir de la condición de reposo, durante la inspiración, el diafragma se contrae y empuja hacia abajo el contenido del abdomen. Los músculos intercostales externos y, en los ciclos respiratorios más enérgicos y profundos, el músculo sternocleidomastoideo mueven las costillas hacia arriba y hacia fuera.

3 Figura 47-1 b, durante la respiración tranquila, la espiración es un fenómeno pasivo. El diafragma se relaja recuperando la forma de cúpula y las costillas descienden. En la espiración forzada, los músculos intercostales internos se contraen y mueven la caja torácica hacia abajo y hacia dentro. La contracción de los músculos abdominales coopera con el movimiento hacia abajo de la caja torácica y comprime las vísceras abdominales que empujan hacia arriba el diafragma.

4 Figura 47-2 Espirometría. a, representación esquemática de un espirómetro de campana: los volúmenes de aire inspirado y espirado hacen que se eleve y descienda una campana invertida y suspendida por poleas parcialmente inmersa en un cilindro de doble pared, con el intersticio lleno de agua; el movimiento de la campana se transmite a un sistema registrador.

5 Figura 47-2 b, cálculo de los volúmenes y la capacidad pulmonares a partir de un
registro espirométrico. El dispositivo con cal sodada en la vía espiratoria impide la acumulación de dióxido de carbono en la campana espirométrica. El volumen corriente en reposo es sólo 10% de la capacidad pulmonar total. Los valores se refieren a un individuo específico.

6 Figura 47-3 Capacidad vital forzada
Figura 47-3 Capacidad vital forzada. En la figura, la línea espirométrica corre de derecha a izquierda. Para el análisis de la capacidad vital forzada en un sujeto durante una respiración tranquila, primero se requiere efectuar una inspiración máxima hasta que se alcance la capacidad pulmonar total y después efectuar un esfuerzo espiratorio máximo hasta alcanzar el volumen residual en el tiempo más breve posible. El volumen espirado de manera forzada en el primer segundo (FEV1) es un índice de la resistencia de las vías aéreas al flujo espiratorio. Información superpuesta puede recabarse en la pendiente de la gráfica del flujo espiratorio forzado entre dos puntos correspondientes a 25 y a 75% de la capacidad vital forzada (FEV25-75).

7 Figura R47-5 Curvas flujo/volumen en diversas situaciones
Figura R47-5 Curvas flujo/volumen en diversas situaciones. O, síndrome obstructivo; R (EP), síndrome restrictivo por causas extrapulmonares; R (P), síndrome restrictivo por causas pulmonares.

8 Figura 47-4 Presiones asociadas a la mecánica de la respiración. Las
principales presiones conectadas a la mecánica de la respiración son: la presión de las vías aéreas (Paw), la presión alveolar (PA), la presión pleural (Ppl), la presión transpulmonar (PP) y la presión transmural de las vías aéreas (Pta). Tanto PP como Pta pueden definirse como la diferencia entre la presión interna y la externa de una estructura hueca. En ambos casos la presión externa es Ppl.

9 Figura 47-5 Presión negativa de la cavidad pleural
Figura 47-5 Presión negativa de la cavidad pleural. a, en la situación correspondiente al final de una espiración espontánea, el pulmón tiende a un retorno elástico hacia el volumen inferior, mientras que la pared torácica tiende a un regreso elástico hacia el volumen mayor. En consecuencia, la presión en el hueco pleural (Ppl) se vuelve negativa, es decir, inferior a la presión atmosférica.

10 Figura 47-5 b, una rotura del pulmón o de la pared torácica que comunique el espacio pleural con el aire atmosférico produce la complicación conocida como neumotórax, en que la presión transpulmonar se vuelve cero y la tendencia del pulmón al retorno elástico provoca el colapso. El efecto barrera del mediastino impide el colapso del pulmón contralateral.

11 Figura 47-6 Curvas de presión-volumen del pulmón aislado.

12 Figura R47-8 Ley de Laplace aplicada a dos alveolos
Figura R47-8 Ley de Laplace aplicada a dos alveolos. Dos alveolos se encuentran conectados entre sí por medio de las vías aéreas. Si la tensión (T) superficial es igual entre los dos alveolos, el que posea el radio (r) menor tendrá una presión (P) interna mayor, por lo cual se ha de vaciar en el más grande: una concentración mayor de factor tensoactivo en los alveolos más pequeños evita que este fenómeno suceda.

13 Figura 47-7 Procedimiento experimental para obtener la curva de presión/volumen del pulmón aislado. El pulmón se coloca en un contenedor rígido y hermético conectado a una bomba aspirante. La expansión del pulmón se obtiene al accionar la bomba aspirante y crear una presión negativa alrededor del mismo. Por lo tanto, con la bomba detenida con flujo nulo en el pulmón, la presión de distensión del pulmón (presión transpulmonar, Pp) es: Pp = PA – Ppl = 0 – Pcont, donde PA es la presión endoalveolar, Ppl es la presión pleural y es igual a Pcont, que representa la tensión del contenedor. En la abscisa Pcont es negativa. El significado de las curvas es similar al de la figura 47-6 (insuflación de aire cuando P es positiva ya que se refiere al modelo experimental donde aire y agua son insuflados). (Rediseñada de JB West. Respiratory physiology, 4th ed. Williams & Wilkins, 1990.)

14 Figura 47-8 Relación presión/volumen: medida de la distensibilidad exclusiva del pulmón in vivo (línea azul). El sujeto está conectado al espirómetro con el globo esofágico en posición. La presión del globo corresponde a la presión endopleural.

15 Figura 47-9 Curvas de presión/volumen (P/V) del sistema toracopulmonar
en condiciones de relajación.

16 Figura 47-10 Relación de presión/volumen del sistema toracopulmonar
durante la activación máxima de los músculos espiratorios (ESP) e inspiratorios (INSP).

17 Figura Representación esquemática del flujo con movimiento laminar de transición y turbulento. El primero se verifica en las vías respiratorias y nasales más pequeñas; el segundo, sobre todo en las zonas de ramificaciones del árbol bronquial; mientras que el tercero, en las primeras vías respiratorias y en la tráquea. Durante el ejercicio, el flujo turbulento se manifiesta también en los bronquios de menor diámetro.

18 Figura 47-12 Área de sección transversal total (a) y resistencias al flujo
(b) de las vías aéreas en función de las veintitrés generaciones bronquiales en el pulmón aislado. Hasta la cuarta generación la resistencia aumenta, y desde allí disminuye en forma progresiva hasta valores insignificantes en correspondencia con los conductos alveolares. Confróntense las curvas mostradas en la figura con cuanto se evidencia en la figura 46-2.

19 Figura c, efecto del volumen pulmonar sobre las resistencias de las vías aéreas in vivo: las resistencias, medidas en el ser humano de manera experimental, se establecen en función del volumen pulmonar. Al volumen residual (VR) la resistencia es máxima, mientras que a la capacidad pulmonar total (CPT) es mínima. d, esquema de la tracción ejercida sobre las vías aéreas desprovistas de estructuras cartilaginosas por la fuerza de retracción elástica de los tabiques alveolares conectados a la pleura visceral (fig ).

20 Figura Accesibilidad de las pequeñas vías aéreas e interdependencia de las unidades alveolocapilares. a, representación esquemática de los alveolos pulmonares conectados entre sí a través de los tabiques interalveolares. La accesibilidad de las pequeñas vías aéreas que no disponen de una estructura cartilaginosa y de los alveolos está garantizada por la tensión de las estructuras elásticas de los tabiques, en las cuales las vías aéreas y los alveolos están englobados. A su vez, los tabiques y los alveolos más externos se mantienen expandidos por la pleura visceral, que se mantiene en contacto con la pleura parietal. La tensión se transmite de manera mecánica desde la zona subpleural a la más profunda del pulmón.

21 Figura b, esquema de un tabique alveolar con tres alveolos recubiertos por capilares. La flecha indica la dirección de la tracción. c, sección microscópica del pulmón cercana a la pleura visceral. Nótese la continuidad de tejido entre la pleura y los alveolos.

22 Figura 47-14 Ciclo respiratorio en reposo.

23 Figura Relación presión/volumen dinámica de un ciclo respiratorio en reposo y durante hiperventilación moderada e intensa. En la ordenada, el volumen es el corriente por encima de la capacidad residual (CFR). En la abscisa, la presión es la endopleural (medida con el globo endoesofágico): la CFR es de –5 cmH2O (punto A), al final de una inspiración tranquila es de –6 cmH2O (punto B) y al final de una inspiración moderadamente forzada es de –12 cmH2O (punto C). El segmento A-D corresponde a las resistencias elásticas del pulmón (flujo = 0, resistencias no elásticas = 0). Las curvas b1, c1 y d1 indican los valores efectivos del volumen y de la presión cuando el aire entra en las vías aéreas, y las curvas b2, c2 y d2 cuando el aire sale, en reposo y durante hiperventilación moderada e intensa, respectivamente.

24 Figura 47-16 Dibujo esquemático que ilustra la diferente velocidad de
llenado, con volúmenes iguales, de dos alveolos colocados en serie de los cuales uno es normal (tipo 1) y el segundo (tipo 2) ventilado por vías aéreas con resistencias elevadas (obstrucción parcial del bronquio) y dotado de menor distensibilidad.

25 Figura 47-17 Cálculo del trabajo inspiratorio y espiratorio durante la
respiración tranquila. Inspiración: el área A representa el trabajo realizado por los músculos inspiratorios sólo sobre el pulmón para vencer las resistencias elásticas, mientras que el área B representa el trabajo para vencer las resistencias no elásticas. Espiración: el área C representa el trabajo para vencer las resistencias no elásticas. Dado que el área C está en el interior del área que representa la energía acumulada en la inspiración (área A), la espiración no requiere trabajo de parte de los músculos espiratorios. CFR, capacidad funcional residual.

26 Figura 47-18 Relación flujo-volumen durante la respiración en reposo
(línea roja R) y respiración forzada (línea azul). Los valores se refieren a un sujeto específico. CV, capacidad vital; VR, volumen residual. (Modificada de RE Forster, et al. The lung. Physiological basis of pulmonary function tests. Year Book, 1986).

27 Figura 47-19 Compresión dinámica de las vías aéreas. En la espiración
pasiva la retracción elástica de los alveolos produciría una presión alveolar de +10 cmH2O, de la cual, si se sustrae la negatividad pleural de –8 cmH2O, se obtiene la presión endoalveolar efectiva de +2 cmH2O, suficiente para mantener abiertas las porciones colapsables de las vías aéreas. En la espiración forzada la positividad de la presión pleural incrementa la presión alveolar, pero comprime también las porciones colapsables de las vías aéreas. Dada la progresiva caída de presión debida a las resistencias de las vías aéreas, es posible que la presión externa iguale o supere la del interior de la porción colapsable de las vías aéreas y obstaculice el flujo.

28 Figura 47-20 Efecto de la frecuencia respiratoria en los valores totales
(línea azul), estático (elástico, línea roja) y dinámico (viscoso, línea verde) representados como potencia (en la ordenada, trabajo respiratorio por minuto de los músculos respiratorios). La ventilación alveolar es constante a 6 L/min y se obtiene por diversas combinaciones de frecuencia respiratoria y volumen corriente. Por lo tanto, la ventilación pulmonar (no representada en la gráfi ca) será variable. Nótese cómo el trabajo respiratorio total por minuto es mínimo en las frecuencias fisiológicas de 12 a 15 ciclos respiratorios por minuto en reposo.