ESTUDIO DE LA MECÁNICA DEL VENTRÍCULO DERECHO

MECANICA RESPIRATORIA
Trabajo Respiratorio
ESCUELA DE TECNOLOGIA MEDICA
ESCUELA DE PARTERAS
Dr. Juan C Grignola
Depto Fisiopatología
Conceptos Generales
Respiración: proceso que permite el intercambio gaseoso entre el
organismo y su entorno (gases respiratorios: O2 y CO2).
3 etapas: a) respiración externa, b) transporte de gases y c)
respiración interna
Aparato Respiratorio: mantener niveles adecuados de O2 y CO2 en la
sangre, a través del ajuste de la respiración externa en función de
la respiración interna.
Coeficiente Respiratorio = VO2/VCO2 (200 ml/m/250 ml/m=0.8)
Respiración Externa: Ventilación Alveolar + Difusión
Ventilación minuto: cantidad de aire por minuto que intercambia el
aparato respiratorio con la atmósfera.
RESPIRACION EXTERNA = VENTILACION
ALVEOLAR + DIFUSION
• Ventilación y
transporte de los
gases en sangre:
procesos activos.
• Difusión de gases
alveolares a la
sangre: proceso
pasivo.
TRANSPORTE POR CONVECCION: activo
• Desde atmósfera hasta bronquiolos
• Por diferencia de presiones (Ley Charles)
• Necesidad de movimientos respiratorios para determinar el transporte masivo de aire hasta el espacio alveolar.
• Depende de la τ del sistema (0.4 s; Rva: 0.5-2
cmH2O.s/l; Cp: 0.2 l/cmH2O). Trabajo Respiratorio
TRANSPORTE POR DIFUSION: pasivo
• En el espacio alveolar
• Por diferencia de Pp de cada gas (S, PM, β)
VM = Vc × FR = (Va + EM) × FR
0.5 × 12 = 6 l/min
VENTILACIÓN
ALVEOLAR
Aire “alveolizado”
Aire Fresco
Conceptos Generales
Mecánica Ventilatoria: Implica el estudio de las fuerzas
que deben vencer los músculos respiratorios durante la
ventilación alveolar espontánea.
Fuerzas Elásticas: para producir un cambio de volumen
(deformación, ΔV)
Fuerzas de Resistencia para producir un flujo de volumen
(tasa de deformación, flujo de volumen ΔV/t = F)
Fuerzas de Inercia para producir una aceleración del flujo
(tasa de Δ de flujo, aceleración de volumen)
P = ΔV / C + R × F + I × Ac
P = ΔV × E + R × F + I × Ac
Conceptos Generales
Trabajo Respiratorio: es una estimación de la POSCARGA
de los músculos respiratorios para mantener la
ventilación alveolar.
RT: Resistencias que se oponen a los movimientos de la
caja Tx, y de los pulmones y al flujo de aire.
POSCARGA: Resistencias Elásticas + Resistencias Viscosas
Trabajo Respiratorio: tipos de cargas
• TRABAJO ELASTICO: (2/3)
R elástica TP durante la I, ocurre independiente al Flujo Aéreo
Depende de la CP y CT, y del volumen pulmonar
Se almacena como energía potencial
• TRABAJO RESISTIVO: (1/3)
Rva al flujo aéreo + Rtisular durante los mov. Respiratorios
Depende del Flujo Aéreo y de la tasa de variación del vol pul
Trabajo disipativo, NO se almacena (resistencias friccionales)
• TRABAJO INERCIAL: (despreciable: <0,02 cmH2O/l.s))
Asociado con el movimiento del gas y de los tejidos
Depende de la masa T-P y de gas aceleradas en cada ciclo resp
Disipativo, despreciable a la frecuencia resp normal, excepto
para Fr >60/min
Trabajo Respiratorio
ZONA DE CONDUCCION:
ZONA RESPIRATORIA:
No alveolizada
Alveolizada (70 - 80 m2)
No participa del intercambio
gaseoso
Participa casi totalmente del
intercambio gaseoso (EMA =
EMF)
Constituye el ESPACIO MUERTO
ANATOMICO
Transferencia por conveccion de
masa (la eficacia depende
principalmente del r4 de los
conductos)
Constituye el VOLUMEN
ALVEOLAR ANATOMICO
Transferencia por difusion (la
eficacia depende de las
distancias, ramificacion arterial
mas rapida que la bronquial)
ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE
MECANISMO DE DEFENSA
MECANISMOS DE DEFENSA
INTERCAMBIO GASEOSO
RESISTENCIA VISCOSA
RESISTENCIA ELÁSTICA
Resistencias Elásticas: curvas de relajación o
compliance
Las propiedades elásticas del sistema
respiratorio son dependientes de las
propiedades elásticas de c/u de las
estructuras: P y Tx
PTMP = Palv-Ppl
PTMT = Ppl-Patm
PTMTP = Palv-Patm
1
1
1
=
+
Ctp Cp Ct
1
1
1
=
+
100 200 200
Resistencias Elásticas: Curva P-V
Inspiración:
I- Expansión del baby-lung, IIReclutamiento alveolar, IIIExpansión elástica del tejido
pulmonar, IV- Sobredistensión
pulmonar.
Espiración: (corrida a derecha,
con < definición de PII y PIS)
I- Sobredistensión, IIRetracción elástica del tejido
pulmonar, III- Colapso
alveolar progresivo, IVColapso de la vía aérea (airtrapping)
Las propiedades elásticas del Pulmón: fibras elásticas, tensión
superficial y fibras de colágeno.
Resistencias Elásticas: Curva P-V
3 zonas de diferente pendiente:
a) segmento central: pendiente mayor, ventilación normal, todas las
unidades reclutables están abiertas (zona ventajosa, < trabajo resp)
b) extremos de la curva: aplanamiento con
alveolar y distensión alveolar.
de la distensibilidad: colapso
Las características elásticas del pulmón no sólo NO son lineales, sino que
además muestran HISTERESIS.
Rama inspiratoria de insuflación ≠ rama espiratoria de deflación
Histéresis: una estructura presenta histéresis si al eliminar una fuerza, la
deformación es distinta de la descrita al aplicar la misma fuerza.
Histéresis: depende del reclutamiento alveolar y del comportamiento del
surfactante: existe una asimetría entre la presión crítica de apertura
alveolar y la presión crítica de cierre alveolar. Una vez que se abrieron
unidades previamente colapsadas, se requiere menor presión para
mantenerlas abiertas. Estirar la película de surfactante requiere > energía
que compactarla. A > magnitud de expansión pulmonar, mayor histéresis.
Resistencias Elásticas: Curva P-V
Tensión Superficial: fuerza que actúa en la superficie de un líquido, en la
la superficie del mismo. En el
interfase líquido-aire, que tiende a
pulmón la Tsup colabora con la retracción elástica y tiende a colapsar las
unidades alveolares.
SURFACTANTE: son moléculas más o menos solubles en H2O
compuestas de 2 partes: una polar hidrosoluble y otra no polar hidrófoba.
(90% lípidos: fosfatidilcolina y fosfatidilglicerol, 10% proteínas:
subfracciones A y D): adsorción en la interfase aire-líquido.
a)
la Tensión superficial del alvéolo:
trabajo respiratorio elástico
b) evita el colapso y sobredistensión alveolar: homogenización del
comportamiento mecánico de las unidades alveolares
la tensión superficial en forma diferencial: cuanto < alvéolo, < T
c)
estabilidad alveolar
superficial, debido a su poca solubilidad):
d) mantiene ‘secos’ los alvéolos: contribución a las condiciones
apropiadas para el intercambio gaseoso.
Resistencias Elásticas: Curva P-V e Histéresis
Resistencias Viscosas
Resistencia friccional a los movimientos toracopulmonares (Rvis tisular)
y al flujo de gas (Rvis vía aérea)
La Rvis vía aérea depende del régimen del flujo: si es laminar,
transicional o turbulento.
Resistencias Viscosas: Rva
Resistencias Viscosas: Rva
REGIMEN LAMINAR: (NR < 2000) P = (8.n.l/pi.r4) . F (Poiseuille)
El perfil de velocidad es plano a la entrada del tubo y sufre un fenomeno de frenado
lateral-aceleración axial hasta constituirse el perfil parabólico característico (longitud de
entrada: 10-30 D).
La V en el centro del tubo es el doble de la V media.
La relacion F/P es lineal de pendiente K = a la conductancia (‘G’).
REGIMEN TURBULENTO: (NR > 10000) P = K2 . F2
El perfil desordenado característico del flujo turbulento se logra completamente a una
determinada longitud de entrada (10-30 D).
El flujo turbulento no tiene la alta V axial caracteristica del F laminar.
La relacion F/P no es lineal y disminuye con el aumento del flujo.
REGIMEN TRANSICIONAL: (2000<NR<10000) P = K1 . F + K2 . F2
Ninguno de los 2 regimenes precedentes se observa en la mayoria de las vias aereas,
dada la rapidez con se ramifica.
Predomina un regimen en condicion de entrada, con una porcion laminar y otra turbulenta
en la resistencia (K1, K2).
La relacion F/P es curvilinea y depende tanto de la d como de la n.
Resistencias Viscosas: Rva
NR =
d ×v× D
η
Resistencias Viscosas: Rva
La Rvis vía aérea varía según la
generación de la vía aérea: luego de la
nariz el principal sitio de resistencia de
la vía aérea corresponde a los
bronquios de tamaño intermedio.
La Rvis vía aérea varía según el
volumen pulmonar ( a > volumen, <
Rvis) y la fase de ciclo respiratorio (I
menor, E mayor).
Constante de tiempo: C × R
CTP = 0,1 l/cmH2O
Rvis = 5 cmH2O/l/s
Tau = 0.5 s
La Palv al final de inspiración es directamente proporcional al Vc e
inversamente proporcional a la CTP. Cuanto > Vc o < CTP, mayor
gradiente de P.
El flujo espiratorio está afectado por la resistencia que oponen las vías
aéreas y la CTP. Cuanto > Rvis y /o > CTP, más lentamente será el vaciado
pulmonar.
En una τ se vacía el 63%
volumen pulmonar
Trabajo Respiratorio: costos
•
•
•
•
•
•
VO2r: 2-4% del VO2 total (3ml/m de 250 ml/m)
Esfuerzo máximo: 100 veces
EPOC descompensado ( Rvis): 20% VO2 total y en el
DRRA ( Rel): 40-50% VO2 total.
Eficiencia 10-20%, que con el VM (en VM máx, el O2
aportado por el VM es consumido por los ppios Mresp):
80-90% se pierde como calor y 10% se usa para mover el
aire dentro del sistema y mover los tejidos.
0.6 j/l = 3.6 j/min
T (j) = F × d = P (cmH2O) × V (l)
(recordar que el T VI: 1.23 j/ciclo = 90 j/min)
Si sumamos Tel + Tvis y lo graficamos contra la Fresp se
encuentra una Fr óptima en la cual el Tresp es MINIMO.
(cada animal en función de edad, impedancia respiratoria, etc
tiene una Fr óptima).
Trabajo Respiratorio: costo mínimo
Trabajo Respiratorio: Medición
TRABAJO INSPIRATORIO
TRABAJO ESPIRATORIO
• R viscosas (Rva + Rtis)
* R viscosas (Rva + Rtis)
* Histéresis pulmonar
• R el pulmonar
Expansión Torácica
MUSCULOS
INSPIRATORIOS
* R el torácica
Compresión pulmón
Músculos Respiratorios
Músculos de la Vía Aérea
Superior:
• NARIZ representa 40% RPT,
siendo la máxima resistencia
como componente aislado,
carece de modulación muscular
(ΔR por variación de grado de
ingurgitación vascular mucosa)
• FARINGE: I: contracción de los músculos dilatadores (tensor
del paladar -mantiene abierta la nasofaringe-; geniogloso y
geniohioideo que evitan el colapso faríngeo inspiratorio. (actividad
refleja)
E: contracción de los constrictores faringeos
Sueño REM: actividad GG, probabilidad compresión dinámica de la faringe.
(Oclusión VA superior: Sindrome Apnea Sueño). También en anestesia.
Músculos Vía Aérea Superior
Some muscles that influence the pharyngeal airway. Contraction of muscles attaching to
the hyoid bone can displace the anterior pharyngeal wall ventrally, helping to increase
airway size. Muscles attached to the soft palate help regulate the route of breathing
Músculos Vía Aérea Superior
• LARINGE: tos, habla y deglución, además es un R variable
finamente regulada durante el ciclo respiratorio.
Doble Función: Mecánica (regulación Rva: músculos aductores LCA, tiroaritenoideo, N.recurrente-; músculos abeductores PCA, N.recurrente-; músculo tensor -cricoaritenoideo,
N.laríngeo superior-; y Defensiva (protección de VA Inferior).
PCA: se contrae en I previo a la contracción del diafragma
(abeducción) y se relaja en forma variable durante E
(aducción).
Frenado Espiratorio: diafragma y PCA + LAC y TA: evitan el
colapso alveolar espiratorio.
LARINGE: resistencia Δ que permite un fino ajuste del flujo
espiratorio y del patrón respiratorio, regulada por el
N.Ambiguo a través del Vago y las diferentes actividades
reflejas (R. Estiramiento, de irritación y “j”, hipercapnia e
hipoxemia.
Músculos Vía Aérea Superior
Intrinsic laryngeal muscles attached to the arytenoid cartilage help regulate the size of
the glottic aperture.
Músculos Respiratorios
Inspiración
Espiración PI Espiración II
Músculos Respiratorios
Músculos del Tronco INSPIRATORIOS:
• DIAFRAGMA: músculo membranoso que separa Tx de abdomen.
900cm2.
MAS IMPORTANTE: ¾ del VC, aún durante la respiración
máxima y 2/3 Cap Vital.
Inervación: N. Frénicos (C3-C5), F descarga 50-100/seg, con
regular en la I y una progresiva espiratoria hasta la mitad.
UM pequeñas (mov finos y precisos)
Acción doble: descenso (2 a 10cm durante hiperVa) y ampliación
base Tx. Las fibras musculares cambian un 40% su longitud entre
el VR y la CV. (“pistón en un cilindro expandible”)
Ley Laplace: cto más elevado y convexo están sus cúpulas y cto
más extenso sea su apoyo en las costillas inferiores > performance
P = 2T / r
Músculos Respiratorios
Pérdida de curvatura: hiperinsuflación
Fibras se acortan, menor estiramiento, T activa
radio de cuvatura
P = 2T / r
• INTERCOSTALES EXTERNOS:
Elevan las costillas y aumenta el diámetro transversal
Inervación DI a DXII
• INSPIRATORIOS ACCESORIOS:
ECM: XI par, CII
elevan esternón y diámetro sagital Tx
Escalenos: CII-VII
elevan y fijan 2 primeras costillas
Músculos Respiratorios
Músculos Respiratorios
Músculos del Tronco ESPIRATORIOS:
• INTERCOSTALES INTERNOS:
Actúan durante el ejercicio moderado e intenso (VM>50 l/m)
Inervación: DI a DXII
• ABDOMINALES:
Transverso, oblicuos y rectos anteriores.
Inervación: DVII a LI
Aseguran la espiración activa, tos y maniobras expulsivas
Intervienen a VM>20 l/m (nasal) y 70 l/m (bucal)
Facilitan la Inspiración durante hiperVM intensas, situando al
diafragma en posición de ventaja mecánica.
Músculos Respiratorios
Reposo
Inspiración: “piston-like”(b) y combinación (d)
RESPIRACION TRANQUILA hasta VM<50 l/min:
• I: diafragma (IC paraesternal) + GG y PCA
• E: “pasiva” (1a mitad diafragma + PCA, LCA y TA)
EJERCICIO MODERADO A SEVERO VM>50 l/min:
• I: diafragma, IC externos, ECM , escalenos
• E: “activa” transverso, oblicuos, IC internos
Músculos Respiratorios
Las F o Presiones disponibles para vencer la poscarga o impedancia
del sistema respiratorio y asegurar la Va están comprendidas,
para cada volumen, entre las PIM y PEM:
Relationship of muscle and respiratory pressures at different lung volumes. Vertical axis:
lung volume as a percentage of vital capacity (%VC). Horizontal axis: alveolar pressure in cm
H2O. The broken lines indicate the pressure contributed by the muscles. Pmus = pressure
developed by the respiratory muscles; Prs = pressure of the respiratory system.
Trabajo Respiratorio: Medición
Trabajo respiratorio: causas sobrecarga
• Cambios en el Trabajo Resistivo (TR):
El TR determina aparición actividad muscular espiratoria.
TR inspiratorio + TR espiratorio + TE (no se modificó)
Ejs: crisis asma, EPOC descompensado, SNT/SOT
• Cambios en el Trabajo Elástico (TE):
El TE puede deberse a una CP (EAP, Nag, atelectasia);
o una CT (derrame pleural, distensión abd, cifoescoliosis,
injuria pared Tx -trauma, cirugía Tx-)
• Cambios en el Trabajo Inercial (TI):
El TI únicamente para Fresp mayor a 60/min
Reserva y Fatiga Muscular
reserva de la función muscular respiratoria
• Individuos N:
(curva de fuerzas máximas)
• Fatiga Muscular: incapacidad de los MR para mantener la VA
Disbalance:
Poscarga y/o
aporte de O2
Poscarga: requerimientos (hipovolemia, TEP, >VCO2)
•
RPT propiamente (autoPEEP, SOT, etc)
* Cuanto más próximo se halla la presión requerida para mantener
la VM de las PIM y PEM, más corto es el plazo de aparición de
la fatiga.
• Tratamiento: poner en reposo a los Músculos Respiratorios
(evita el colapso ventilatorio, libera costo energético de la VM)
• Fatiga Muscular ≠ IResp (hipoxemia c/o sin hipercapnia)
PaO2 = 104 – (0.4 × edad)