MECANICA RESPIRATORIA Trabajo Respiratorio

MECANICA RESPIRATORIA Trabajo Respiratorio ESCUELA DE TECNOLOGIA MEDICA ESCUELA DE PARTERAS Dr. Juan C Grignola Depto Fisiopatología Conceptos Gener...
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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: 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 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 VM50 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)