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Ventilación Pulmonar
- La respiración proporciona oxígeno a los tejidos y retira el dióxido de carbono.
- Cuatro funciones principales de la respiración son:
- ventilación pulmonar, que se refiere al flujo de entrada y salida de aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares;
- difusión de oxígeno y de dióxido de carbono entre los alvéolos y la sangre;
- transporte de oxígeno y de dióxido de carbono en la sangre y los líquidos corporales hacia las células de los tejidos corporales y desde las mismas, y
- regulación de la ventilación y otras facetas de la respiración.
MECANICA DE LA VENTILACION PULMONAR
Músculos que causan la expansión y contracción muscular.
Los pulmones se pueden expandir y contraer de dos maneras:
- mediante el movimiento hacia abajo y hacia arriba del diafragma para alargar o acortar la cavidad torácica, y
- mediante la elevación y el descenso de las costillas para aumentar y reducir el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica.
Durante la inspiración la contracción del diafragma tira hacia abajo de las superficies inferiores de los pulmones. Después, durante la espiración el diafragma simplemente se relaja, y el retroceso elástico de los pulmones, de la pared torácica y de las estructuras abdominales comprime los pulmones y expulsa el aire.
Durante la respiración forzada las fuerzas elásticas no son suficientemente potentes para producir la espiración rápida necesaria, de modo que se consigue una fuerza adicional principalmente mediante la contracción de los músculos abdominales, que empujan el contenido abdominal hacia arriba contra la parte inferior del diafragma, comprimiendo de esta manera los pulmones.
El segundo método para expandir los pulmones es elevar la caja torácica. En la posición de reposo natural, las costillas están inclinadas hacia abajo, lo que permite que el esternón se desplace hacia abajo y hacia atrás hacia la columna vertebral. Sin embargo, cuando la caja costal se eleva, las costillas se desplazan hacia adelante casi en línea recta, de modo que el esternón también se mueve hacia delante, alejándose de la columna vertebral y haciendo que el diámetro anteroposterior del tórax sea aproximadamente un 20% mayor durante la inspiración máxima que durante la espiración.
Por tanto, todos los músculos que elevan la caja torácica se clasifican como músculos inspiratorios y los músculos que hacen descender la caja torácica se clasifican como músculos espiratorios.
Los músculos más importantes que elevan la caja torácica son los intercostales externos, aunque otros músculos que contribuyen son: 1 ) los músculos
esternocleidomastoideos, que elevan el esternón; 2) los serratos anteriores, que elevan muchas de las costillas, y 3) los escalenos, que elevan las dos primeras costillas.
Los músculos que tiran hacia abajo de la caja costal durante la espiración son principalmente 1) los rectos del abdomen , que tienen el potente efecto de empujar hacia abajo las costillas inferiores al mismo tiempo que ellos y otros músculos abdominales también comprimen el contenido abdominal hacia arriba contra el diafragma, y 2 ) los intercostales internos.
A la izquierda, durante la espiración las costillas están anguladas hacia abajo, y los inter costales externos están alargados hacia delante y hacia abajo. Cuando se contraen tiran de las costillas superiores hacia delante en relación con las costillas inferiores y actúan como una palanca sobre las costillas para levantarlas hacia arriba, produciendo de esta manera la inspiración. Los intercostales internos funcionan de manera exactamente opuesta, y actúan como músculos respiratorios porque se angulan entre las costillas en dirección opuesta y producen una palanca contraria.
Presiones que originan el movimiento de entrada y salida de aire de los
pulmones
El pulmón es una estructura elástica que se colapsa como un globo y expulsa el aire a través de la tráquea siempre que no haya ninguna fuerza que lo mantenga insuflado.
No hay uniones entre el pulmón y las paredes de la caja torácica, excepto en el punto en el que está suspendido del medias tino, la sección media de la cavidad torácica, en el hilio. Por el contrario, el pulmón «flota» en la cavidad torácica, rodeado por una capa delgada de líquido pleural que lubrica el movimiento de los pulmones en el interior de la cavidad.
La aspiración continua del exceso de líquido hacia los con ductos linfáticos mantiene una ligera presión negativa entre la superficie visceral del pulmón y la superficie pleural parietal de la cavidad torácica.
Los pulmones están sujetos a la pared torácica como si estuvieran pegados, excepto porque están bien lubricados y se pueden deslizar libremente cuando el tórax se expande y se contrae.
Presión pleural y sus cambios durante la respiración
La presión pleural es la presión del líquido que está en el del gado espacio que hay entre la pleura pulmonar y la pleura de la pared torácica.
Normalmente hay una aspiración ligera, lo que significa que hay una presión ligeramente negativa.
La presión pleural normal al comienzo de la inspiración es de aproximadamente -
cm H20 , que es la magnitud de la aspiración necesaria para mantener los pulmones expandidos hasta su nivel de reposo.
Las características del diagrama de distensibilidad están determinadas por las fuerzas elásticas de los pulmones. Estas se pueden dividir en dos partes: 1) fuerzas elásticas del tejido pulmonar en sí mismo y 2) fuerzas elásticas producidas por la tensión superficial del líquido que tapiza las paredes internas de los alvéolos
Las fuerzas elásticas del tejido pulmonar están determinadas principalmente por las fibras de elastina y colágeno que están entrelazadas entre sí en el parénquima pulmonar. En los pulmones desinflados estas fibras están en un estado contraído elásticamente y torsionado; después, cuando los pulmones se expanden las fibras se distienden y se desenredan, alargándose de esta manera y ejerciendo incluso más fuerza elástica.
Cuando los pulmones están llenos de aire hay una superficie de contacto entre el líquido alveolar y el aire de los alvéolos.
Se puede concluir que las fuerzas elásticas tisulares que tienden a producir el colapso
del pulmón lleno de aire representan sólo aproximadamente un tercio de la elasticidad pulmonar total, mientras que las fuerzas de tensión superficial líquido-aire de los alvéolos representan aproximadamente dos tercios.
Las fuerzas elásticas de la tensión superficial líquido-aire de los pulmones también aumentan mucho cuando no está presente en el líquido alveolar la sustancia denominada surfactante.
Surfactante, tensión superficial y colapso de los alvéolos
Principio de la tensión superficial.
Qué ocurre en las superficies internas de los alvéolos. Aquí la superficie de agua también intenta contraerse, lo que da lugar a un intento de expulsar el aire de los alvéolos a través de los bronquios y, al hacerlo, hace que los alvéolos intenten colapsarse. El efecto neto es producir una fuerza contráctil elástica de todos los pulmones, que se denomina fuerza elástica de la tensión superficial.
El surfactante y su efecto sobre la tensión superficial.
El surfactante es un agente activo de superficie en agua, lo que significa que reduce mucho la tensión superficial del agua. Es secretado por células epiteliales especiales secreto ras de surfactante denominadas células epiteliales alveolares de tipo II, que constituyen aproximadamente el 10% del área superficial de los alvéolos. Estas células son granulares y contienen inclusiones de lípidos que se secretan en el surfactante hacia los alvéolos.
El surfactante es una mezcla compleja de varios fosfolípidos, proteínas e iones. Los componentes más importantes son el fosfolípido dipalmitoilfosfatidilcolina, las apoproteínas del surfactante e iones calcio.
Dipalmitoilfosfatidilcolina, es responsable de la reducción de la tensión superficial. Lo hace porque no se disuelve de manera uniforme en el líquido que tapiza la superficie alveolar, sino que parte de la molécula se disuelve, mientras que el resto permanece sobre la superficie del agua en los alvéolos.
La tensión superficial de diferentes líquidos en agua es aproximadamente la siguiente: agua pura, 72dinas/cm; los líquidos normales que tapizan los alvéolos pero sin surfactante, 50dinas/cm; los líquidos normales que tapizan los alvéolos con cantidades normales de surfactante incluidas, entre 5 y 30 dinas/cm.
Presión en los alvéolos ocluidos producida por la tensión superficial.
Si se bloquean los conductos aéreos que salen de los alvéolos pulmonares, la tensión superficial de los alvéolos tiende a colapsarlos. La magnitud de la presión que se genera de esta forma en un alvéolo se puede calcular a partir de la fórmula siguiente:
Presión = 2 x Tensión superficial Radio del alveolo
Efecto del radio alveolar sobre la presión que produce la tensión superficial.
En la fórmula anterior se puede ver que la presión que se genera como consecuencia de la tensión superficial en los alvéolos depende inversamente del radio de los alvéolos, lo que significa que cuanto menor sea el alvéolo, mayor es la presión alveolar que produce la tensión superficial.
Esto es especialmente significativo en lactantes prematuros pequeños, muchos de los cuales tiene alvéolos con radios menores de la cuarta parte de los de una persona adulta. Además, normalmente el surfactante no comienza a secretarse hacia los alvéolos hasta entre el sexto y séptimo meses de gestación, y en algunos casos incluso más tarde. Por tanto, muchos lactantes prematuros tienen poco o ningún surfactante en los alvéolos cuando nacen, y sus alvéolos tienen una tendencia extrema a colapsarse, a veces hasta seis a ocho veces la de una persona adulta normal.
Da lugar a la enfermedad denominada síndrome de dificultad respiratoria del recién nacido.
Distensibilidad del tórax y de los pulmones en conjunto
La distensibilidad del sistema pulmón-tórax combinado es casi exactamente la mitad que la de los pulmones solos, 110 mi de volumen por cada cm H20 de presión para el sistema combinado, en comparación con 200ml/cm H20 para los pulmones de manera aislada.
- El volumen de reserva espiratoria es el volumen adicional máximo de aire que se puede espirar mediante una espiración forzada después del final de una espiración a volumen corriente normal; normalmente es igual a aproximadamente 1.100 mi.
- El volumen residual es el volumen de aire que queda en los pulmones después de la espiración más forzada; este volumen es en promedio de aproximadamente 1.200 mi.
Capacidades pulmonares.
En la descripción de los acontecimientos del ciclo pulmonar a veces es deseable considerar dos o más de los volúmenes combinados se denominan capacidades pulmonares.
- La capacidad inspiratoria es igual al volumen corriente más el volumen de reserva inspiratoria. Esta es la cantidad de aire (aproximadamente 3.500 mi) que una persona puede inspirar, comenzando en el nivel espiratorio normal y distendiendo los pulmones hasta la máxima cantidad.
- La capacidad residual funcional es igual al volumen de reserva espiratoria más el volumen residual. Es la cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una
espiración normal (aproximadamente 2.300 mi).
- La capacidad vital es igual al volumen de reserva inspiratoria más el volumen corriente más el volumen de reserva espiratoria. Es la cantidad máxima de aire que puede expulsar una persona desde los pulmones después de llenar antes los pulmones hasta su máxima dimensión y después espirando la máxima cantidad (aproximadamente 4.600 mi).
- La capacidad pulmonar total es el volumen máximo al que se pueden expandir los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 mi); es igual a la capacidad vital más el volumen residual.
Todos los volúmenes y capacidades pulmonares son aproximadamente un 20-25% menores en mujeres que en varones, y son mayores en personas de constitución grande y atléticas que en personas de constitución pequeña y asténicas.
Determinación de la capacidad residual funcional, el volumen residual y la capacidad pulmonar total: método de dilución de helio
Capacidad residual funcional (CRF), que es el volumen de aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal. Para medir la capacidad residual funcional se debe utilizar el espirómetro de manera indirecta, habitualmente por medio de un método de dilución de helio.
El volumen respiratorio minuto equivale a la frecuencia respiratoria multiplicada por el volumen corriente.
volumen respiratorio minuto es la cantidad total de aire nuevo que pasa hacia las vías
respiratorias en cada minuto; es igual al volumen corriente multiplicado por la frecuencia respiratoria por minuto. Volumen corriente normal es de aproximadamente 500 mi y la frecuencia respiratoria normal es de aproximadamente 12 respiraciones por minuto. volumen respiratorio minuto es en promedio de aproximadamente 6 l/min.
La frecuencia respiratoria aumenta de manera ocasional a 40 a 50 por minuto, y el volumen corriente se puede hacer tan grande como la capacidad vital, aproximadamente 4.600 mi en un varón adulto joven. Esto puede dar un volumen respiratorio minuto mayor de 200 l/min, o más de 30 veces el valor normal.
Ventilación alveolar
La función de la ventilación pulmonar es renovar continuamente el aire de las zonas de
intercambio gaseoso de los pulmones, en las que el aire está próximo a la sangre pulmonar. Estas zonas incluyen los alvéolos, los sacos alveolares, los conductos alveolares y los bronquíolos respiratorios. La velocidad a la que llega a estas zonas el aire nuevo se denomina ventilación alveolar.
«Espacio muerto» y su efecto sobre la ventilación alveolar
Parte del aire que respira una persona nunca llega a las zonas de intercambio gaseoso, sino que simplemente llena las vías aéreas en las que no se produce intercambio gaseoso, como la nariz, la faringe y la tráquea. Este aire se denomina aire del espacio muerto.
Frecuencia de la ventilación alveolar
La ventilación alveolar por minuto es el volumen total de aire nuevo que entra en los alvéolos y zonas adyacentes de inter cambio gaseoso cada minuto. Es igual a la frecuencia respiratoria multiplicada por la cantidad de aire nuevo que entra en estas zonas con cada respiración.
Funciones de las vías respiratorias
Tráquea, bronquios y bronquíolos
El aire se distribuye a los pulmones por medio de la tráquea, los bronquios y los bronquíolos.
Uno de los desafíos más importantes en todas las vías respiratorias es mantenerlas abiertas y permitir el paso sin interrupciones de aire hacia los alvéolos y desde los mismos. Para evitar que la tráquea se colapse, múltiples anillos cartilaginosos se extienden aproximadamente 5/6 del contorno de la tráquea. En las paredes de los bronquios, placas curvas de cartílago menos extensas también mantienen una rigidez razonable, aunque permiten un movimiento suficiente para que los pulmones se expandan y se contraigan. Estas placas se hacen cada vez menos extensas en las últimas
Constricción parasimpática de los bronquíolos. Algunas fibras nerviosas
parasimpáticas procedentes de los nervios vagos penetran en el parénquima pulmonar. Estos nervios secretan acetilcolina y, cuando son activados, producen una constricción leve a moderada de los bronquíolos.
A veces los nervios parasimpáticos también son activados por reflejos que se originan en los pulmones. La mayor parte de los mismos comienza con irritación de la membrana epitelial de las propias vías respiratorias, iniciada por gases irritantes, polvo, humo de cigarrillos o infección bronquial. También se pro duce con frecuencia un reflejo constrictor bronquiolar cuando las arterias pulmonares pequeñas son ocluidas por micro émbolos.
Algunas sustancias que se forman en los pulmones tienen con frecuencia bastante actividad en la producción de constricción bronquiolar. Dos de las más importantes de estas sustancias son la histamina y la sustancia de reacción lenta de la anafilaxia. Estas dos sustancias se liberan a nivel pulmonar por los mastocitos durante las reacciones alérgicas, sobre todo las provocadas por pólenes del aire. Por tanto, juegan un papel fundamental en la obstrucción de la vía aérea observada en el asma alérgico, sobre todo la sustancia de reacción lenta de la anafilaxia.
Moco que recubre las vías respiratorias y acción de los cilios en la limpieza de las vías aéreas
El moco es secretado en parte por las células caliciformes mucosas individuales del recubrimiento epitelial de las vías aéreas y en parte por pequeñas glándulas submucosas. Además de mantener humedecidas las superficies, el moco atrapa partículas pequeñas que están en el aire inspirado e impide que la mayoría de ellas llegue a los alvéolos.
Toda la superficie de las vías respiratorias, está tapizada por un epitelio ciliado que tiene aproximadamente 200 cilios por cada una de las células epiteliales. Estos cilios baten continuamente a una frecuencia de 10 a 20 veces por segundo y la dirección de su «golpe de fuerza» siempre se dirige hacia la faringe.
Los cilios de los pulmones baten hacia arriba, mientras que los de la nariz baten hacia abajo. Este batido continuo hace que la cubierta de moco fluya lentamente, a una velocidad de algunos milímetros por minuto, hacia la faringe. Después el moco y las partículas que están atrapadas en el mismo son deglutidos o se expulsan hacia el exterior con la tos.
Reflejo tusígeno
Los bronquios y la tráquea son tan sensibles a la presión ligera que cantidades muy pequeñas de sustancias extrañas u otras causas de irritación inician el reflejo tusígeno. La laringe y la carina son especialmente sensibles, y los bronquíolos terminales e incluso los alvéolos son sensibles a estímulos químicos corrosivos, como los gases dióxido de azufre o cloro. Los impulsos nerviosos aferentes pasan desde las vías
respiratorias principalmente a través de los nervios vagos hacia el bulbo raquídeo del encéfalo. Ahí se activa una secuencia automática de acontecimientos por los circuitos neuronales del bulbo, produciendo el siguiente efecto.
Primero se inspiran rápidamente hasta 2,5 1de aire. Segundo, se cierra la epiglotis y las cuerdas vocales se cierran firmemente para atrapar el aire que está en el interior de los pulmones. Ter cero, los músculos abdominales se contraen con fuerza, comprimiendo el diafragma mientras otros músculos espiratorios, como los intercostales internos,
también se contraen con fuerza. En consecuencia, la presión en los pulmones aumenta rápidamente hasta 100 mmHg o más. Cuarto, las cuerdas vocales y la epiglotis se abren totalmente de manera súbita, de modo que el aíre que está sometido a esta presión elevada en los pulmones explota hacia fuera. De hecho, a veces este aire es expulsado a velocidades que varían desde 120 a 160km/h.
el aire que explota realmente pasa a través de hendiduras bronquiales y traqueales. El
aire que se mueve rápidamente habitualmente transporta todas las sustancias extrañas que estén presentes en los bronquios y en la tráquea.
El estímulo desencadenante del reflejo del estornudo es la irritación de las vías aéreas nasales; los impulsos eferentes pasan a través del quinto par craneal hacia el bulbo, donde se desencadena el reflejo. la úvula desciende, de modo que grandes cantidades de aire pasan rápidamente a través de la nariz, contribuyendo de esta manera a limpiar las vías aéreas nasales de sustancias extrañas.
Funciones respiratorias normales de la nariz
Tres funciones respiratorias normales distintas:
el aire es calentado por las extensas superficies de los cornetes y del tabique, un área total de aproximadamente 160 cm
el aire es humidificado casi completamente incluso antes de que haya pasado más allá de la nariz, y
el aire es filtrado parcialmente.
Estas funciones en conjunto son denominadas la función de acondicionamiento del aire de las vías aéreas respiratorias superiores.
La temperatura del aire inspirado aumenta hasta menos de 1 °C respecto a la temperatura corporal, y hasta un 2-3% respecto a la saturación completa con vapor de agua antes de llegar a la tráquea. Cuando una persona respira aire a través de un tubo directamente hacia la tráquea, el efecto de enfriamiento y especialmente el efecto de secado de las partes inferiores del pulmón puede producir formación de costras e infección graves en los pulmones.
