MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN ALEJANDRO GÓMEZ RODAS PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y LA RECREACIÓN ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUD FISIOTERAPEUTA Y KINESIÓLOGO

INSPIRACIÓN Músculo más importante: DIAFRAGMA Contracción: Empuja contenido abdominal hacia inferior y anterior Aumenta la dimensión vertical de la cavidad torácica Los márgenes costales se levantan y alejan, aumentando el diámetro transversal del tórax Respiración tranquila: Nivel del diafragma se desplaza 1 cm Inspiración forzada: Nivel del diafragma se desplaza 10 cm Cuando el diafragma se paraliza asciende

INSPIRACIÓN Músculos intercostales externos: Contracción: Llevan las costillas hacia arriba y hacia delante Aumentan los diámetros lateral (asa de cubo) y anteroposterior del tórax Su parálisis no afecta gravemente la respiración porque el diafragma es muy eficaz

INSPIRACIÓN Músculos accesorios de la inspiración: Escalenos: Elevan las dos primeras costillas Esternocleidomastoideo: Eleva el esternón Serrato posterior superior Elevadores de las costillas Pectoral mayor y menor Serrato anterior Subcostales Trapecio Alares de la nariz Existe escasa actividad en reposo, durante el esfuerzo, contracciones enérgicas

ESPIRACIÓN Pasiva en respiración de reposo: Pulmón y pared torácica elásticas, tienden a regresar a su posición de equilibrio tras la expansión en la inspiración

ESPIRACIÓN Durante el esfuerzo se contraen: Músculos de la pared abdominal: Recto abdominal Oblicuos internos y externos Transverso del abdomen ↑ Presión intrabdominal – diafragma empujado hacia arriba Músculos intercostales internos: Empujan las costillas hacia abajo y hacia dentro Disminuyen el volumen torácico

FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN Para que el aire penetre en los pulmones, la presión en su interior debe hacerse inferior a la atmosférica, lo que se logra: Aumentando el volumen (tamaño) de los pulmones La presión de un gas en envase cerrado es inversamente proporcional al volumen del envase: Si el tamaño del envase cerrado aumenta, la presión disminuye y viceversa (Ley de Boyle)

FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN Por tanto, para producir una inspiración, los pulmones han de expandirse: Se necesita aumento del volumen pulmonar y reducción de presión al interior para poder generar inspiración (tarea del diafragma) Justo antes de la inspiración: La presión intrapleural es 4 mmHg inferior a la atmosférica (756 mmHg)

FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN Cuando el volumen de los pulmones aumenta (por contracción del diafragma): La presión en su interior (presión alveolar) baja de 760 mmHg a 758 mmHg La presión intrapleural baja aún más de 756 mmHg a 754 mmHg Se crea un gradiente de presión entre atmósfera y alvéolos produciéndose la inspiración

FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN La espiración se efectúa también por un gradiente de presión: Presión en pulmones superior a la atmosférica Es un proceso pasivo (respiración tranquila) por: Recuperación de fibras elásticas distendidas en inspiración Empuje hacia dentro tensión superficial por capa de líquido alveolar Relajación de músculos inspiratorios Se reduce dimensión vertical y anteroposterior de caja torácica Disminuye volumen pulmonar y aumenta presión alveolar a 762 mmHg e intrapleural a 756 mmHg

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Curva presión – volumen:

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES La pendiente de la curva presión – volumen o el cambio de volumen por unidad de presión se denomina: DISTENSIBILIDAD: Es de unos 200 ml/cmH₂O en intervalo normal de expansión de -5 a -10 cmH₂O Con presiones de expansión elevadas, el pulmón es más rígido como demuestra la pendiente aplanada de la curva

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Causas disminución distensibilidad: ↑ del tejido fibroso pulmonar (fibrosis pulmonar) Edema alveolar Impide la insuflación de alvéolos Para de la ventilación por largo período Atelectasia (colapso) Aumentos de tensión superficial Aumento de la presión venosa pulmonar Pulmón se congestiona con sangre

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Causas aumento de la distensibilidad: Enfisema pulmonar Pulmón sano de mayor edad: En ambos casos: alteración del tejido elástico de los pulmones Durante crisis asmáticas sin estar claros los motivos

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES La presión que rodea a los pulmones es menor que la atmosférica debido a: La retracción elástica del pulmón (tendencia a volver a su volumen de reposo después de la distensión) Constitución de fibras elásticas y colágeno en: Paredes alveolares Vasos sanguíneos Bronquios Tiene más que ver la disposición geométrica de las fibras que la misma propiedad elástica de las fibras

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Tensión superficial: Las fuerzas de atracción entre moléculas adyacentes de líquido son mucho más intensas que las fuerzas entre el líquido y el aire, así: La superficie del líquido se hace tan pequeña como le es posible La superficie de una burbuja de jabón al final de un tubo, se contrae cuanto puede formando una esfera: La esfera ocupará la menor superficie posible para un determinado volumen

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Tensión Superficial: Para oponerse a la fuerza de tensión superficial, las células tipo II de los alvéolos secretan: Surfactante o agente tensioactivo: Fosfolípido: dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC) Se sintetiza a partir de ácidos grasos extraídos de sangre y sintetizados en los pulmones Su síntesis y recambio es rápida Si desparece el flujo sanguíneo en una región pulmonar, por un émbolo, por ejemplo, desaparece el agente tensioactivo

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Ventajas del agente tensioactivo: Una baja tensión superficial en pulmones aumenta su distensibilidad, disminuyendo el trabajo de expandirlo Los alvéolos tienen una tendencia inherente a colapsarse, el agente tensioactivo reduce esta tendencia Contribuye a mantener los alvéolos secos: La tensión superficial succiona líquido al interior de los alvéolos desde los capilares El agente tensioactivo disminuye la trasudación de líquido

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES Consecuencias de la pérdida del agente tensioactivo: Pulmones rígidos (escasa distensibilidad) Áreas de atelectasia Alvéolos llenos de trasudado

CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN La presión intrapleural es menos negativa en la base de los pulmones que en el vértice: Por el propio peso del órgano Todo lo que se sostiene necesita una mayor presión abajo que la necesaria arriba Así, la presión en la base es mayor (menos negativa) que en el vértice Así, la presión de expansión en la base del pulmón es pequeña, con un volumen de reposo pequeño: Como se sitúa en una parte empinada de la curva presión-volumen, se expande bien con la inspiración

CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN Diferencia regional en la ventilación: Así, la base del pulmón tendrá un mayor cambio de volumen y un volumen menor que el vértice, por tanto: La ventilación es mayor en la base del pulmón!!

CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN Con volúmenes pulmonares bajos (tras una espiración completa), se produce cambio en la distribución de la ventilación pulmonar: Las presiones intrapleurales son menos negativas Las fuerzas de retracción elástica son menores Siguen existiendo diferencias entre el vértice y la base, a causa del peso del pulmón

CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN Con volúmenes pulmonares bajos: La presión intrapleural supera la presión de la vía respiratoria (atmosférica): no se expande entonces la base pulmonar, se comprime y la ventilación se hace imposible Se necesita entonces descender la presión intrapleural para lograr ventilación El vértice pulmonar se encuentra en una parte favorable de la curva presión-volumen y ventila bien: Así, con volúmenes pulmonares bajos, la distribución de la ventilación se invierte!

CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN Cierre de las vías respiratorias: La región pulmonar en la base no expulsa todo el aire: Pequeñas vías respiratorias, en región de bronquiolos respiratorios, se cierran antes, atrapando aire Este atrapamiento sucede con volúmenes pulmonares muy pequeños, en personas jóvenes y sanas

CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES EN LA VENTILACIÓN Cierre de las vías respiratorias: En personas de mayor edad, este cierre sucede con volúmenes más elevados por: Pérdida de retracción elástica Las presiones intrapleurales se vuelven menos negativas, acercándose a la ventilación invertida Conduciendo a déficit de intercambio de gases Esto támbién se observa en algunos tipos de neumopatía crónica

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LA PARED TORÁCICA El pulmón es elástico, la caja torácica también! Si se introduce aire en el espacio intrapleural, elevando la presión a atmosférica: El pulmón se colapsa hacia adentro La pared torácica se dirige hacia fuera En situaciones de equilibrio: La tendencia del pulmón a retraerse a su volumen desinflado: Se equilibra con la tendencia de la caja torácica a expandirlo Como resultado, la presión intrapleural es subatmosférica

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Flujo aéreo por tubos: Cuando el aire fluye a través de un tubo: Existe diferencia de presión entre los extremos del tubo La diferencia de presión depende de: La velocidad del flujo El patrón del flujo

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS A velocidades bajas: Las líneas de la corriente son paralelas a las laterales del flujo: Se conoce como: FLUJO LAMINAR A velocidades más altas: Aparece inestabilidad, se forman remolinos locales Se conoce como: FLUJO DE TRANSICIÓN A velocidades más elevadas: Se genera completa desorganización: Se conoce como: FLUJO TURBULENTO

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS En el pulmón, sistema considerado de rápida ramificación: Es probable existencia de flujo laminar sólo en vías respiratorias muy pequeñas En la mayor parte del árblol bronquial, el flujo es de transición La turbulencia se puede producir especialmente en la tráquea, sobretodo, con esfuerzo, con velocidades de flujo elevadas

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Factores que determinan la resistencia de las vías respiratorias: El calibre de los bronquios aumenta por tracción radial del tejido circundante cuando los pulmones se expanden La contracción de la musculatura lisa bronquial estrecha las vías respiratorias y aumenta su resistencia Los bronquios de tamaño medio son los que más contribuyen a la resistencia en la vía aérea

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Compresión dinámica de las vías respiratorias: Así se genere un esfuerzo voluntario para acelerar el flujo del aire espirado: La velocidad del flujo será independiente del esfuerzo El flujo espiratorio está poderosamente limitado por el volumen pulmonar La razón del fenómeno es la compresión de las vías respiratorias por la presión intratorácica

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Compresión dinámica de las vías respiratorias: Antes de iniciar la inspiración, todas las presiones en las vías respiratorias y en los alvélolos son atmosféricas: cero (no hay flujo), con presión intrapleural de -5 cmH₂O y, por tanto, una presión de 5 cmH₂O que mantiene abierta la vía respiratoria

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Compresión dinámica de las vías respiratorias: Cuando empieza la inspiración la presión intrapleural y alveolar disminuyen 2 cmH₂O y se inicia el flujo. Por la caída de presión en la vía respiratoria, la presión en el interior es de -1 cmH₂O, quedando una presión de 6 cmH₂O que mantiene abierta la vía respiratoria

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Compresión dinámica de las vías respiratorias: Al final de la inspiración, el flujo es de nuevo cero y existe una presión transmural en la vía respiratoria de 8 cmH₂O

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Compresión dinámica de las vías respiratorias: Al iniciar la espiración forzada, tanto la presión intrapleural como la alveolar aumentan a 38 cmH₂O Al iniciar el flujo, cae la presión a lo largo de la vía respiratoria a 19 cmH₂O, quedando una presión de 11 cmH₂O que tiende a cerrar la vía, colapsándola Así, el flujo espiratorio se vuelve independiente del esfuerzo

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Patrón de espiración forzado normal: El cociente entre el volumen espiratoria forzado en un segundo (FEV1) y la capacidad vital forzada (FVC) es de 80%

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Patrón de espiración forzada en enfermedades obstructivas: El cociente entre el (FEV1) y la (FVC) es de 42%, con disminución de la (FVC)

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS Patrón de espiración forzada en enfermedades restrictivas: El cociente entre el (FEV1) y la (FVC) es de 90% , con gran disminución de la (FVC)

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS La compresión dinámica de las vías respiratorias es el mecanismo responsable de: El mayor porcentaje de la dificultad respiratoria en los pacientes con EPOC La reducida tolerancia al ejercicio en los pacientes con EPOC por: Incremento en la resistencia de las pequeñas vías aéreas, lo que lleva a que la presión espiratoria se pierda más rápidamente desde el alvéolo hasta los conductos aéreos La reducción en la retracción elástica del parénquima pulmonar Pérdida de la tracción radial que disminuye el calibre de las vías aéreas

RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS De esta forma, la compresión dinámica de las vías respiratorias: Limita el flujo aéreo en personas sanas durante una espiración forzada Esta limitación se da enfermedades pulmonares a velocidades de flujo espiratorio menores, disminuyendo posibilidad de esfuerzo Se ha reportado durante espiraciones energéticas en el ejercicio intenso Limita el flujo aún más si existe aumento en la resistencia de las vías respiratorias Se aumenta en alteraciones de la tracción radial (enfisema) provocando cierre mayor de las vías respiratorias

CAUSAS DE LA VENTILACIÓN DESIGUAL La magnitud de la ventilación depende de: Distensibilidad pulmonar: La limitación en la distensibilidad pulmonar durante la inspiración produce cambios rápidos en el volumen pulmonar pero pequeños Resistencia de las vías respiratorias: Los aumentos en la resistencia de las vías respiratorias provocan que la inspiración sea lenta y no se alcance el volumen completo pulmonar antes de que se empiece a exhalar