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APARATO RESPIRATORIO. VENTILACIÓN PULMONAR. RESUMEN

 

 El objetivo del aparato respiratorio es la arterialización de la sangre. Los gases respiratorios se mueven a través de la superficie hemato gaseosa siguiendo las leyes de la difusión. Para ello se necesita establecer un gradiente de presión alvéolo capilar para el gas y vencer la resistencia a dicha difusión.


 El consumo celular continuo de oxígeno y producción de anhídrido carbónico (respiración celular o interna) supone que la sangre que llega a los pulmones, consuma el oxígeno alveolar (cayendo su presión alveolar) y aumente el CO2 (aumentando su presión alveolar), con lo que disminuye dicho gradiente de presión de difusión. Para mantener estas presiones alveolares de los gases en sus valores apropiados y permitir la difusión, se necesita su refresco. De dicho refresco se encarga la mecánica ventilatoria y de ésta se encarga la bomba respiratoria de flujo alternante y su sistema de vías de conducción e intercambio.


 La bomba respiratoria está formada por dos estructura distensibles y elásticas: el tórax (con su caja ósea (costillas, esternón, columna vertebral y clavículas) y sus músculos (diafragma, intercostales internos y externos) y el parénquima pulmonar; unidas por un espacio virtual líquido con una alta tensión superficial: el espacio intrapleural, limitado por su parte exterior por la pleura parietal (tapiza la cara interior del tórax) y su interior por la visceral (tapiza la cara externa del parénquima). En el interior de dicho espacio se genera una presión negativa (por ser estanco) provocada por la tendencia a la separación de ambas estructuras, y que se pone de manifiesto cuando provocamos un neumotorax (comunicación del espacio intrapleural con la atmósfera). El tórax tiende a expandirse para alcanzar su equilibrio elástico y el pulmón a retraerse para alcanzar el suyo. El punto de equilibrio elástico entre ambas estructuras marca el punto de reposo respiratorio. La respiración externa consiste en romper dicho equilibrio o punto de reposo de forma periódica (ciclo respiratorio).


 En cada ciclo respiratorio se establece un flujo de aire entre la atmosfera y el espacio alveolar y viceversa, gracias a un gradiente de presión entre ambos; siendo la presión atmosférica, al nivel del mar, cero (0) y nivel de referencia. Por tanto, el gradiente se establece cambiando la presión alveolar. Para establecer un flujo de entrada (inspiración), se necesita ejercer un esfuerzo muscular inspiratorio (trabajo inspiratorio)(respiración a presión negativa), y así expandir el aparato pulmonar y hacer descender su presión (músculos inspiratorios normales: el diafragma (75%) y los intercostales externos (25%)). La expulsión del aire alveolar (espiración) se cons¡gue de forma pasiva (en la respiración normal) aunque frenada por la actividad del diafragma (por lo que dura un segundo más (3 s)), gracias a la retración elástica del pulmón previamente estirado, mayor que la fuerza elástica expansiva del tórax, hasta alcanzar el equilibrio elástico toraco-pulmonar.


 En una respiración normal se moviliza un volumen conocido como volumen corriente (VC)(0,5 L). Pero además de éste se pueden movilizar otros volúmenes como son el volumen de reserva inspiratorio al realizar una inspiración máxima a partir de una normal (VRI). El volumen de reserva espiratorio, cuando realizamos una espiración máxima a partir de una espiración normal (VRE). Cuando realizamos esta última nos queda un volumen encerrado en los pulmones debido a la compresión de la vías aéreas comprimibles, o volumen residual (VR)(volumen no movilizable). La suma del VRE y el VR nos da la capacidad residual funcional (CRF) que nos indica el volumen de aire en el que se diluye el aire que inspiramos, por lo que cuanto menor sea mejor será el refresco del mismo y varía con la postura, la edad y el sexo. La suma de el VRI y el VC nos dá la capacidad inspiratoria(CI) y la suma de todos los volúmenes movilizables (VRI,VC y VRE) nos dá la capacidad vital (CV), indicándonos la capacidad que tiene un sujeto para movilizar todo su aire. Varía con la edad y el sexo. Por último, la suma de todos los volúmenes, nos dará la capacidad pulmonar total (CP). 


Excepto el VR todos los demás se pueden medir con un aparato denominado espirómetro de Benedict. El VR tenemos que medirlo con un método indirecto basado en la dilución de un gas inerte como el helio. Nos basamos en la ley de la conservación de masas, de forma que si conocemos la cantidad de helio que se mezcla en un volumen inicial (que contiene oxígeno)(volumen de la campana del espirómetro) y podemos medir la concentración del helio antes y después de una espiración normal, una vez alcanzado su distribución homogénea por todo el sistema, podemos calcular el volumen pulmonar tras la espiración o CFR, mediante la ecuación: Qi = Qf; [He]i · Vi = [He]f · (Vi + Vp), despejamos Vp y tenemos el valor de CRF y de aquí el de VR (VR=CRF-VRE).


 La presión que debemos ejercer para establecer el flujo debe vencer las resistencias que se oponen y determinan el trabajo respiratorio. Éstas son: estáticas (dependientes de las propiedades elásticas y distensibles de las estructuras implicadas, así como las correspondientes a las fuerzas de superficie (líquido-gas)); dinámicas(correspondientes al radio de las vías de conduccción y propiedades del gas) y viscosas o de fricción entre los tejidos.


 La resistencia estática viene definida por las propiedades distensibles y elásticas del aparato respiratorio; la tensión superficial creada entre la superficie gaseosa y la líquida; y el efecto de la fuerza de la gravedad sobre la distensibilidad alveolar. 


 La resistencia elástica o restrictiva viene definida por la relación volumen/presión o complianza estática. El estudio de las propiedades elásticas puras del sistema supone eliminar la acción de los músculos respiratorios, para ello se estudia volumen en % de CV frente a la presión de relajación muscular o presión elástica


Para el pulmón se estudia V/Pp (presión transpulmonar o presión de retracción elástica = PA-Ppl). La presión alveolar (PA) se mide en la boca; la Ppl (presión intrapleural) se mide mediante un balón esofágico. El volumen con un espirómetro. El valor de la complianza es de 0,27 L/mmHg. 


Para el tórax se estudia V/Pw (presión transtorácica = Ppl-Patm, como ésta última es cero, es = a Ppl). Su valor es de 0,27 L/mmHg.


Las curvas obtenidas nos indican que la distensibilidad del pulmón disminuye con el aumento del volumen, mientras que para el tórax aumenta. Que el equilibrio elástico del pulmón está por debajo del VR, y cuando lo alcanza marca un nuevo volumen menor que el VR (volumen mínimo, VM), por lo que la fuerza elástica del pulmón siempre es de retracción. Que el equilibrio elástico del tórax se alcanza para un volumen del 55% de CV, y mientras se alcanza su fuerza elástica es de expansión y cuando se sobrepasa es de retracción. 


El conjunto respiratorio muestra una alta distensibilidad en la franja respiratoria fisiológica (CRF - 55%CV), disminuyendo ésta por debajo y por encima de dicha franja. Su complianza es de 0,14 L/mmHg.


 Otro elemento resistivo importante dentro de la resistencia estática es la tensión superficial (Ts) creada por la interfase gas-líquido. Ésta la podemos poner en evidencia comparando el comportamiento resistivo de un pulmón lleno de suero y otro con aire. En el primero podemos ver la respuesta V/P debida exclusivamente al componente elástico (observándose una alta distensibilidad); mientras que en el segundo se observa un importante desplazamiento de las curvas V/P hacia la derecha, debido a la resistencia de superficie, siendo mayor durante la inspiración que durante la espiración. De acuerdo con la ley de Laplace esta tensión superficial (constante) supondría un importante esfuerzo para iniciar la inspiración, y llevaría al colapso alveolar tras la espiración, debido a los gradientes de presión entre alvéolos pequeños y grandes que se establecerían por los diferentes volúmenes alveolares. 


El pulmón evita estos problemas con la secreción por parte de las células epiteliales tipo II alveolares del agente surfactante (dipalmitoil fosfatidilcolina), que rompe dicha tensión superficial haciéndola variable conforme cambia el volumen alveolar. Así, a volúmenes pequeños hay una gran concentración de surfactante y la Ts es muy baja, por lo que el esfuerzo inspiratorio es pequeño. Aunque a medida que va aumentando el volumen la Ts también aumenta porque se va diluyendo el surfactante y aumenta la superficie libre líquido-gas . Sin embargo, cuando realizamos la espiración, ésta sigue un camino diferente (histéresis) porque requiere una menor presión y cuando se llega al final, los diferentes volúmenes suponen diferentes Ts y por tanto una misma presión en todos, por lo que se favorece la estabilidad alveolar. Estabilidad alveolar que se ve reforzada por el diseño estructural de los alvéolos y los tabiques interalveolares, actuando el conjunto como lo haría una "malla de naylon" cuya tracción evita el colapso alveolar.


 La complianza regional es otro elemento resistivo a tener encuenta cuando el sujeto se encuentra en posición ortostática, ya que depende de la fuerza de la gravedad. Ésta supone un peso del parénquima pulmonar que determina que en la región inferior cercana a las bases pulmonares, los alvéolos estén más cerrados por ser mayor la presión exterior, mientras que los de la región superior (vértice pulmonar) estén más distendidos. Estas diferencias significan que los inferiores tendrán mayor distensibilidad que los superiores, excepto a volumen residual donde los de la base estarán tan comprimidos que su distensibilidad será muy pequeña comparados con los del vértice.

 

 La resistencia dinámica u obstructiva se establece como consecuencia del paso del flujo por las vías de conducción y viene definida por la ley de Poiseuille, aunque para ello el flujo debe ser de tipo laminar lo que no ocurre siempre. La resistencia depende directamente de la densidad del aire (que normalmente es constante) y la longitud del tubo (que también suele serlo) e indirectamente del radio elevado a la cuarta potencia, siendo este último parámetro el que define fisiológicamente la resistencia. En las vías altas se encuentra la principal resistencia, donde además el flujo suele ser de tipo turbulento y menor en las vías más pequeñas, donde la resistencia de la sección pulmonar (por estar las unitarias en paralelo) es muy pequeña. Precisamente en esta región, debido a la alta sección, la velocidad del flujo es muy pequeña y por tanto de tipo laminar. Dentro del tórax, la mayor resistencia se encuentra en las vías de tamaño medio.


 Los factores que modifican esta resistencia son: la densidad del aire (normalmente constante); el volumen pulmonar (relación inversa); el radio de la vía respiratoria que depende del tono bronquial y la presión transmural.


- El tono bronquial viene determinado por el propio tono muscular basal sobre el que se impone el tono generado por la acción del sistema nervioso autónomo (el simpático produce broncodilatación y el parasimpático broncoconstricción).


- La presión transmural de las vías aéreas también define el radio de éstas. Esta presión depende de la diferencia entre la presión interna de la vía definida por el gradiente de presión alvéolo-bucal, y la presión intrapleural. Durante cualquier tipo de inspiración la presión transmural aumenta (se hace muy negativa la presión intrapleural) y la vía aumenta su diámetro, la resistencia cae. En la espiración normal, aumenta la presión alveolar y aumenta la presión intrapleural (se hace menos negativa) y aunque disminuye el diámetro de las vías comprimibles, el valor de la presión transmural alcanzado no es suficientemente alto como para colapsar las vías en cualquier nivel pulmonar. Pero cuando se realiza una espiración forzada, la presión transmural disminuye y puede alcanzar un valor donde la presión intrapleural se iguale con la del interior de la vía (punto de igual presión (PIP)) e inmediatamente por encima de dicho punto las vías comprimibles estarán cerradas (resistencia máxima), llamándose volumen de cierre al que se obtiene en el momento de alcanzar el PIP (siempre será mayor que el VR). Este PIP varía según el estado resistivo de las vías, la intensidad del esfuerzo espiratorio y el tiempo empleado en el mismo. Así, si medimos el flujo de aire espirado durante un esfuerzo espiratorio observamos que a medida que aumenta el esfuerzo espiratorio aumenta el flujo espirado, aunque el volumen espirado es más pequeño cuanto mayor es el esfuerzo (se alcanza antes el PIP), pero luego el flujo de aire que sigue hasta alcanzar el VR, es igual para todos los esfuerzos, es decir, es independiente del esfuerzo y depende de la presión de retracción elástica.


 La resistencia respiratoria se puede medir utilizando la curva flujo espiratorio máximo forzado/volumen. Para lo cual se le dice al sujeto que realice una inspiración máxima seguida de una espiración máxima en el menor tiempo posible. Si medimos todo el aire movilizado obtenemos la CAPACIDAD VITAL FORZADA (CVF), un parámetro respiratorio de interés clínico. Si medimos el volumen expelido en el primer segundo, obtenemos el volumen espiratorio forzado en el primer segundo (VEF1) cuyo valor normal es del 80% de la CVF, pero que en función de las resistencias del sistema varia, siendo otro parámetro respiratorio importante.


 El trabajo respiratorio (integración del área encerrada en la curva P/V) es el que hay que realizar para vencer las resistencias del sistema. Hay un trabajo restrictivo y un trabajo obstructivo, éste último de tipo inspiratorio. En una respiración normal el coste energético es muy pequeño (5% del consumo total de oxígeno), pero en respiraciones dificultosas puede llegar al 30% del consumo total de oxígeno y entrar el sistema en insuficiencia.

 

 

 

 

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VENTILACIÓN PULMONAR. RESUMEN
PROF. RAFAEL SERRA SIMAL