Mecánica Respiratoria Leyes de los gases y Mecánica Respiratoria ESFUNO Escuelas UTI: Cardiovascular Respiratorio Depto. Biofísica Facultad de Medicina 1 1

Ley de Boyle A temperatura constante, la presión ejercida por un gas es inversamente proporcional a su volumen P1.V1 = P2.V2

Ley de Dalton La presión total ejercida por una mezcla de gases, es igual a la suma de las presiones parciales de cada una de ellos. PT= pa+ pb+ pc Presión parcial de un gas en una mezcla, es la que tendría dicho gas si a igual T se encontrara solo, ocupando todo el volumen. p= PT x fracción molar

Ley de Graham (difusión en fase gaseosa) Los gases difunden en medio líquido o gaseoso de acuerdo a un gradiente de energía que se puede expresar por una diferencia de presiones parciales. Los gases se mueven de una región de mayor presión parcial a otra de menor. La velocidad de difusión de los gases es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar: Cómo es la velocidad de difusión del O2 (PM= 32g/mol) con respecto al CO2 (PM= 44 g/mol)?

¿Cómo es la composición del aire atmosférico? Aire seco: 0,7/5 O2 0,3/5 CO2 4/5 N2 fracción despreciable de otros gases Fracción variable de vapor de agua: en el interior el aire se satura de vapor de agua Torr O2 N2 CO2 H2O Aire atmosf 157 583 0,23 12,2 Aire alveolar 100 573 40 47 Aire espirado 118 565 32

Tabla de presiones de vapor de agua (PH2O) a diferentes temperaturas TEMP. PH2O TEMP. PH2O (ºC) (mmHg) (oC) (mmHg) 20 17.5 31 33.7 21 18.7 32 35.7 22 19.8 33 37.7 23 21.1 34 39.9 24 22.4 35 42.2 25 23.8 36 44.6 26 25.2 37 47.0 27 26.7 38 49.7 28 28.3 39 52.5 29 30.0 40 55.3 30 31.8 41 58.0  

DIFUSIÓN INTERCAMBIO ALVÉOLO -CAPILAR m = D (P1-P2) ∆x Dos procesos involucrados: - difusión de los gases - disolución de los gases ocurridos en barrera alvéolocapilar como en sangre DIFUSIÓN Obedece la 1ª ley de FICK (modificada a presiones parciales) m= densidad de flujo (J / Á) ∆x = espesor de la lámina (P1-P2) = diferencia de presiones parciales D= cte de difusión m = D (P1-P2) ∆x D α S ѴPM D depende de la estructura de la lámina y de la especie del gas Para cierto tejido: S CO2 > S O2 Pulmones humanos: superficie 50 a 100 m2 espesor 0,5 µm Adecuado para una rápida difusión

Disolución Obedece la Ley de Henry A una temperatura constante, el volumen de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre la superficie del líquido. Matemáticamente se formula del siguiente modo: donde: p es la presión parcial del gas. c es la concentración del gas. k es la constante de Henry, que depende de la naturaleza del gas, la temperatura y el líquido.

Respiración Conjunto de procesos involucrados en el transporte de O2 desde el exterior a los tejidos y del CO2 en sentido inverso Externa: ventilación pulmonar Interna: Transporte de O2 y CO2 Intercambio gaseoso Ventilación: Inspiración: proceso activo que implica al diafragma y a los músculos intercostales externos Espiración: procesos pasivos que supone la relajación de los músculos inspiratorios y el retroceso elástico del tejido pulmonar

Volúmenes y Capacides Pulmonares Inspiración Espiración

Volumenes Pulmonares Vol. Tidal o Corriente (VT o VC): cantidad de aire que entra o sale del sistema respiratorio en un ciclo ventilatorio (500 ml en un adulto joven) Vol. de Reserva Inspiratoria (VRI): cantidad adicional que se puede inspirar por encima del VC (1500 ml) Vol. de Reserva Expiratoria (VRE): volúmen adicional que se puede espirar luego de espiración normal (1500 ml) Vol. Residual (VR): aire remanente luego de una espiración máxima. (1500 ml)

VRI (volumen reserva inspiratorio) 1500 cm3 VC (volumen corriente) 500 cm3 VOLUMENES PULMONARES VRE (volumen reserva espiratorio) 1500 cm3 VR (volumen residual)‏ 1500 cm3

Capacidades Pulmonares Cap. Inspiratoria (CI): vol. máximo de gas que puede ser inspirado desde la CRF (4,000ml). Cap. Residual Funcional (CRF): cantidad de gas remanente en los pulmones al final de una espiración pasiva (normal) con la glotis abierta y los músculos relajados (2,700ml). Capacidad Vital (CV): vol. que puede ser espirado luego de una inspiración máxima (5,500ml). Cap. Pulmonar Total (CPT): cantidad de aire en los pulmones luego de una inspiración máxima (6,700ml)

Elementos del sist resp que participan en la mecánica de la respiración VA C T P Pl La caja torácica es hermética y esa presión negativa que se genera con respecto a la presión atmosférica en condiciones de reposo es fundamental como se aprecia si igualamos las presiones (PNEUMOTORAX). En ese caso el pulmón se va a colapsar, es decir el pulmón se mantiene en esa posición en reposo porque la fuerza ejercida sobre el por la caja torácica lo mantiene así. Dicho de otra forma, en reposo hay una situación de equilibrio entre las fuerzas de la caja torácica, tirando hacia fuera y del pulmón tirándo hacia dentro........ 3 paredes 15

PRESIONES TRANSMURALES (PTM)‏ PTM = interior - exterior PTM p (Pulmonar) = P alveolar - P pleural PTM t (torácica) = P pleural - P atmosférica PTM tp (toracopulmonar) = P alveolar - P atmosférica 1 mm de Hg = 1.34 cm H2O PTM tp = PTM t + PTM p

Propiedades mecánicas del sistema respiratorio 17

ELASTANCIA Y COMPLIANCE (distensibilidad)‏ ELASTANCIA COMPLIANCE P V P V  E es inversamente proporcional a C 19

El surfactante pulmonar Proceso de insuflación pulmonar en un feto de 6 meses de gestación y en un recién nacido compliance? ¿qué curva pertenece al recién nacido? ¿por qué? El surfactante pulmonar

P=2T/R P Laplace Los alvéolos tienen distintos tamaños A menor R mayor P

El surfactante pulmonar Fosfolípido (Dipalmitoil fosfatidil colina) Secretado por pneumocitos tipo II Recubre la superficie del alveolo Propiedades: Disminuye la tension superficial (agente tensioactivo)‏ 70 mN/m a 30 mN/m (sin surf) (con surf)‏

Importancia fisiológica del surfactante Aumenta la distensibilidad pulmonar Estabiliza el alveolo y previene el colapso Mantiene seco el alveolo: La T Superficial tiende a introducir líquido al interior de la “burbuja”

Mecánica Respiratoria Dinámica Cuando se introduce como unidad de referencia el tiempo pasamos a considerar aspectos dinámicos de la ventilación, variaciones de volumen por unidad de tiempo (flujos). Así: Curvas de Volumen - Tiempo. Curvas de Flujo - Volumen.

Curvas de Volumen – Tiempo De estas curvas se obtienen fundamentalmente los siguientes parámetros: FVC: Capacidad Vital Forzada, es el volumen de aire que podemos espirar (en forma rápida, sostenida y máxima) tras una inspiración máxima. FEV1: (VEMS) Volumen Espiratorio Máximo en un Segundo. %FEV1: Indice de Tiffeneau, es la relación porcentual entre el volumen espiratorio Máximo en un Segundo (FEV1) y la Capacidad Vital Forzada (FVC) FEF 25-75% : Flujo Espiratorio Forzado entre el 25 y el 75% de la Capacidad Vital Forzada.

Calcule el volumen espirado en el 1° segundo (FEV1) y el FEF25-75% en cada sujeto. relación pendiente-resistencia vías aéreas

Bronquitis crónica Enfisema Asma

Resistencias de las vias aéreas A.                 Durante la respiración tranquila el flujo de aire es laminar B. Durante la respiración profunda se generan turbulencias Con la velocidad de flujo Con el diámetro del tubo

Las turbulencias aumentan la resistencia al flujo de manera dramática, necesitándose unas diferencias de P mucho mayores para aumentar el flujo. El número de Reynolds se usa en los flujos de fluidos para predecir la velocidad a la cual se formarán turbulencias                                                

R=8nl / Πr4

Organización del arbol bronquial Circuitos series y paralelos

RESISTENCIA AL FLUJO CONCEPTOS BÁSICOS Rt = R1 + R2 + R3…. RESISTENCIA SERIE 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3… RES. PARALELO. R1 SERIES PARALELO R2 R1 R2 R3 R3 QUÉ SUCEDE REALMENTE EN EL SR? BAJA R BAJO R ALTA R traquea bronquiolos bronquios

MECANICA DE LA RESPIRACION Inspiración Orden de control central Vías eferentes: información a los músculos inspiratorios Actividad de diafragma e intercostales Presión pleural más negativa Los alvéolos se expanden Disminuye la presión alveolar Gradiente de presión, genera flujo de entrada de aire Aumenta el retroceso elástico pulmonar Es un proceso activo

MECANICA DE LA RESPIRACION Espiración Cesa el comando inspiratorio Músculos respiratorios se relajan Disminuye el volumen torácico Presión pleural se hace menos negativa Disminuye el volumen alveolar y presión alveolar Flujo de salida de aire hasta que se igualan las presiones Es un proceso pasivo

¿Cómo explicaría la diferencia entre las evoluciones temporales del volumen pulmonar durante la inspiración y la espiración forzadas?