BASES de la ELECTROMEDICINA Unidad 8. Mediciones en el Sistema Respiratorio

Contenido y Objetivos Leyes de los gases Respiración interna ó celular Respiración externa ó pulmonar Órganos de la respiración Mecánica de la respiración Parámetros y Principales mediciones de la respiración Espirometría Caracterizar y explicar los principales métodos que se emplean para medición de la función pulmonar de los seres humanos.

La respiración Es el intercambio de gases entre un organismo y el medio en que vive Es crítica para la supervivencia inmediata. En los seres humanos este sistema brinda: Adquisición de oxígeno ( O2 ) y Eliminación de dióxido de carbono ( CO2 ) La respiración externa es el intercambio de gases entre los pulmones y la sangre. La respiración interna es el intercambio de gases entre la sangre y las células.

Leyes de los gases Ecuación general del estado gaseoso: P * V / T = K ; con K = n * R; y R = 8,1341 Joule / (ºK * mol) Ley de Boyle‑Mariotte: El producto de la presión por el volumen de cierta masa de gas, a una temperatura fija, es constante (K): P * V= K Ley de Charles o Gay‑Lussac: Relaciona el volumen y la temperatura absoluta, a una presión fija y establece que: V = K * T ó también V / T = K Ley de Dalton: La presión total de un gas es igual a la suma de las presiones parciales de las sustancias que lo componen. Ley de Henry: La concentración alcanzada por un gas en la fase líquida es directamente proporcional a su presión parcial en la fase gaseosa.

Ley de Boyle - Mariotte El producto de la presión por el volumen de cierta masa de gas, a una temperatura fija, es constante (K): P * V= K Lo que también puede escribirse como: La Ley de Boyle establece que el volumen de un gas varía inversamente proporcional con la presión si la temperatura es mantenida constante V1 = volumen original V2 = volumen final P1 = presión original P2 = presión final

Ley de Charles o Gay Lussac Relaciona el volumen y la temperatura absoluta, a una presión constante fija y establece que: V = K * T ó también V / T = K Lo cual puede escribirse como: La Ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta si la presión es mantenida constante V1 = volumen original T1 = temperatura original V2 = volumen final T2 = temperatura final

Ley de Dalton La presión total de un gas es igual a la suma de las presiones parciales de las sustancias que lo componen: Ptotal = P1 + P2 + P3 +............+ Pn La ley de Dalton establece que la presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de la presión parcial de cada uno de los gases. La presión parcial de un gas en una mezcla es igual a la presión de ese gas si estuviera solo en el recipiente. Ptotal = presión de la mezcla. P1 = presión parcial del primer gas. Pn = presión parcial del n-esimo gas.

Ley de Henry La concentración alcanzada por un gas en la fase líquida es directamente proporcional a su presión parcial en la fase gaseosa. Presión = Concentración de gas disuelto Coeficiente de Solubilidad Gases comunes para la vida: Oxígeno 0.024 Dióxido de Carbono 0.57 Monóxido de Carbono 0.018 Nitrógeno 0.012 Helio 0.008

Lóbulo respiratorio

Respiración interna ó celular Intercambio de O2 y CO2 entre los capilares y las células del cuerpo

Difusión de Oxígeno desde un capilar tisular hacia la célula

Captación del CO2 por la sangre en los capilares tisulares

Difusión del CO2 desde la sangre pulmonar hacia el alveolo

Transporte del CO2 en la sangre

Respiración externa ó pulmonar Intercambio de gases entre los pulmones y el torrente sanguíneo. Es un ciclo con dos etapas: Inspiración: Se inhala aire del ambiente Espiración: Se expele aire hacia el ambiente Esta función involucra procesos físicos: mecánica de la respiración; y procesos químicos: reacción de los gases con los líquidos, ó intercambio de gases.

Órganos de la respiración Nariz y cavidad nasal Faringe (garganta) Nasofaringe y adenoides Oro faringe Hipo faringe Laringe Tráquea Bronquios Bronquiolos Alvéolos Capilares pulmonares El flujo en las vías aéreas está determinado por la diferencia de presión entre la boca y los alvéolos.

Los órganos respiratorios Vías respiratorias superiores Vías respiratorias inferiores

Vías respiratorias superiores

La función de la nariz Limpiar Calentar Humedecer

Vías respiratorias inferiores Laringe Alvéolos

Mecánica de la respiración Comprende el análisis de las variaciones de volumen torácico-pulmonares, del débito en las vías aéreas y de las presiones aplicadas a estas estructuras. El sistema está formado por: a) Las vías aéreas ramificadas, poco distensibles y que oponen poca resistencia al flujo b) El pulmón, órgano elástico que forma una estructura tridimensional con gran superficie para la difusión c) La caja torácica, estructura relativamente rígida a nivel costal y mas distensible a nivel diafragmático.

Mecánica de la respiración Los músculos que cambian el volumen de la caja torácica para generar la entrada de aire: inspiración, y la salida del aire: espiración, son el diafragma (pared que separa el abdomen de la cavidad torácica), que se mueve hacia arriba y hacia abajo y los músculos intercostales que rodean la cavidad torácica y mueven las costillas hacia adentro y hacia fuera. Cuando el diafragma se contrae y se mueve hacia abajo, los músculos pectorales menores y los intercostales presionan las costillas hacia fuera. La cavidad torácica se expande y el aire entra con rapidez en los pulmones a través de la tráquea para llenar el vacío resultante. Cuando el diafragma se relaja, adopta su posición normal, curvado hacia arriba; entonces los pulmones se contraen y el aire se expele.

Mecánica de la Respiración

El trabajo de la respiración Incluye tres componentes: Resistencia de las vías aéreas: Facilidad con la cuál fluye el aire a través de las vias aéreas Distensibilidad (compliance) pulmonar: Capacidad de los alveolos y tejido pulmonar para expandirse durante la inspiración Elasticidad pulmonar: Capacidad de los tejidos elásticos del pulmón para recogerse durante la espiración Presión Intratorácica: La que ocurre en la cavidad Presión Intraalveolar: Es importante para mantener apropiadamente la respiración y el intercambio de gases de la sangre

Resistencia La resistencia de las vías respiratorias es una medida de la facilidad con la cual el aire fluye a través de la estructura tubular del sistema respiratorio. Hay alta resistencia en pequeños tubos, tales como los bronquiolos y alvéolos que no se han vaciado adecuadamente. La resistencia que presentan las vías respiratorias al flujo se expresa como la presión dividida por el flujo de gas y se mide en kPa/l/s.

“Compliance” Es una medida de la elasticidad de los pulmones y de la pared torácica. El valor de la compliance expresa el cambio de volumen (V) producido por una unidad de variación de la presión (p). La compliance (C) se mide en ml/cm H2O ó en ml/KPa.

Variación de la distensibilidad

Los Pulmones El volumen de cada pulmón está determinado por la diferencia de presiones entre su exterior e interior: presión transpleural: Ptp.

Gradientes de presión gaseosa transpulmonar Una persona en reposo inspira – espira alrededor de 500 ml de aire en cada ciclo. El aire en el alvéolo se satura con agua. En el aire alveolar, es menor la concentración de O2 y mayor la de CO2 que en el atmosférico. Los intercambios gaseosos a nivel pulmonar se cumplen por difusión.

Variación de la presión Las gráficas muestran: Volumen pulmonar Presión alveolar Presión pleural Presión transpulmonar

Difusión Proceso por el cual un gas homogeniza su concentración en una mezcla de gases o en un líquido. Cuando se considera la difusión de un gas en otro gas es aplicable la Ley de Graham que establece que la velocidad de difusión del gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. Esta ley tiene importancia en fisiología respiratoria. La Ley de Fick relaciona la difusión de un gas en un líquido o a través de una membrana que separa un gas de un líquido con la distancia y los gradientes de concentración de ambas sustancias.

Alvéolos

Difusión alveolo-capilar La difusión de los gases en la membrana alvéolo-capilar, la sangre y los tejidos se distingue porque: es 100.000 veces más lenta que en la fase gaseosa, debido a las interacciones fuertes entre las moléculas del gas y las del solvente; se realiza en los espacios libres entre moléculas del líquido ; y su velocidad es inversamente proporcional a la viscosidad del medio. Los coeficientes de difusión de los principales gases en los líquidos son similares, contrariamente a lo que ocurre con los coeficientes de solubilidad, por lo que, como aproximación, puede considerarse que la difusión de los gases en los tejidos biológicos es similar a su difusión en el agua.

Difusión Alveolo - capilares

Regulación de la respiración Tanto la frecuencia como la profundidad son controladas por: El sistema nervioso: Se establece un sistema de control realimentado que estimula la acción del diafragma y los músculos intercostales La concentración de CO2 en la sangre: Cambia el balance ácido – base

Mecanismos Reflejos de la Respiración

Volúmenes pulmonares Volumen corriente (tidal) (TV): Es el volumen de aire inhalado o exhalado en cada respiración durante una respiración tranquila. Volumen de reserva inspiratoria (IRV): Es el máximo volumen de aire inhalado a partir del volumen corriente. Volumen de reserva espiratoria (ERV): Es el máximo volumen de aire exhalado a partir del TV. Volumen Residual (RV): Es el volumen de aire remanente en los pulmones después de una exhalación máxima. Corresponde a aproximadamente al 25% de la capacidad pulmonar total.

Capacidades pulmonares Se obtienen como combinación de dos ó mas volúmenes. Capacidad Pulmonar Total (TLC): Es el volumen de aire que contienen los pulmones luego de una máxima inspiración: TLC = VT + IRV + ERV + RV Capacidad vital (VC): Es el máximo volumen de aire exhalado a partir del IRV, ó la máxima cantidad de volumen de aire inhalado a partir del RV Capacidad residual funcional (FRC): Es el volumen de aire que permanece en los pulmones en una espiración tranquila, a volumen corriente. Equivale al 40% de la TLC Capacidad inspiratoria (IC): Es el máximo volumen de aire que puede ser inhalado a partir de una inspiración tranquila (a volumen corriente). Equivale al 60% de la TLC

Volúmenes y capacidades pulmonares TV – Volumen corriente (Tidal) IRV –Volumen de Reserva Inspiratorio FRC – Capacidad Residual Funcional RV – Volumen Residual ERV –Volumen de Reserva Espiratorio IC – Capacidad Inspiratoria VC – Capacidad Vital TLC – Capacidad pulmonar total

Patrón (supone un adulto normal de 70 Kg. en reposo) volumen corriente (periódico o tidal) TV: 500 ml. volumen de reserva inspiratorio IRV: 3600 ml. volumen de reserva espiratorio ERV: 1200 ml. volumen residual RV: 1200 ml. capacidad vital VC: 4800 ml. capacidad pulmonar total TLC: 6000 ml. capacidad inspiratoria IC: 3 600 ml. capacidad residual funcional FRC: 2400 ml.

Volúmenes pulmonares estáticos

Flujos espiratorios Volumen espiratorio forzado del primer segundo (VEF1): Volumen de aire exhalado en el primer segundo de una espiración máxima y forzada. Debe ser el 80% de la Capacidad Vital forzada. Volumen espiratorio forzado durante el 25% al 75% de la Capacidad vital (FEF25 a 75): Flujo espiratorio promedio durante los 2/4 medios de la curva de Capacidad Vital forzada. Flujo espiratorio máximo(PEF): El máximo flujo alcanzado durante la maniobra de Capacidad Vital forzada. Ventilación voluntaria máxima (VVM): Máximo volumen de aire espirado en 15 segundos durante esfuerzos inhalatorios y espiratorios repetitivos.

Flujos espiratorios

Espirometría Prueba simple y muy utilizada para medir la función pulmonar. Consiste en un registro de una maniobra espiratoria forzada a partir de la Capacidad Pulmonar Total (TLC) Se miden: Capacidad Vital forzada (CVF); Volumen espiratorio forzado del primer segundo (VEF1); así como su relación con la CVF: VEF1 / CVF Volumen espiratorio forzado 25 a 75 (FEF25 a 75); Flujo espiratorio máximo (PEF); y Ventilación voluntaria máxima (VVM) Puede realizarse mediante: una cámara volumétrica inmersa en un recipiente con agua; Una cámara volumétrica en forma de pistón ó fuelle; ó Por medio de la conversión eléctrica de una señal de flujo en un neumotacógrafo.

Diagrama general de un Espirómetro (Neumotacógrafo) Rotational displacement sensor Other signal processing Strip-chart recorder Counterweight Kymograph Bell PS VS TS Water seal Blood flow Uabs One-way valves FS x Mouthpiece Soda-lime canister VL Ubs Thermometer for spirometer gas temperature TL PA QAWO FA x Spirometer system Pulmonary system

Principio de funcionamiento de un espirómetro por detección de volumen

Espirómetro de fuelle Entrada del fuelle para el aire del paciente R VBB r L R + VOUT -

Respirador Artificial

Diagrama en bloques de un ventilador

Equipos comerciales Espirómetro Ventilador