tema 15 el sistema respiratorio y sus mediciones.

TEMA 15 EL SISTEMA RESPIRATORIO Y SUS MEDICIONES rev 2
TEMA 15
EL SISTEMA RESPIRATORIO Y SUS MEDICIONES.
15-1 OBJETIVOS.
15-2 PREGUNTAS DE AUTOEVALUACIÓN.
15-3 EL SISTEMA RESPIRATORIO HUMANO.
15-4 LEYES DE LOS GASES.
15-5 RESPIRACIÓN INTERNA (CELULAR).
15-6 RESPIRACIÓN EXTERNA (PULMONAR).
15-7 ORGANOS QUE INTERVIENEN EN LA RESPIRACIÓN.
15-8 MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN.
15-9 PARÁMETROS DE LA RESPIRACIÓN.
15-10 REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN.
15-11 ESTADOS DESBALANCEADOS Y DE ENFERMEDAD.
15-12 AMENAZAS AMBIENTALES AL SISTEMA RESPIRATORIO.
15-13 PRINCIPALES MEDICIONES DE LA FUNCIÓN PULMONAR.
15-14 MEDICIONES DEL SISTEMA RESPIRATORIO.
15-15 INSTRUMENTOS Y TRANSDUCTORES RESPIRATORIOS.
15-16 ESPIRÓMETROS.
15-17 INSTRUMENTOS Y SISTEMAS PARA LA MEDICIÓN PULMONAR.
15-18 RESUMEN.
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TEMA 15
EL SISTEMA RESPIRATORIO Y SUS MEDICIONES.
15-1 OBJETIVOS.
1.- Ser capaz de describir los principios biológicos involucrados en el sistema
respiratorio.
2.-Conocer las leyes de los gases.
3.- Ser capaz de describir el proceso de respiración interna (celular).
4.- Ser capaz de describir la respiración externa (pulmonar) y la función pulmonar
(física, química, e intercambio de gases).
5.- Conocer los órganos de respiración.
6.- Ser capaz de listar y describir la mecánica de la respiración y sus parámetros
típicos (capacidad pulmonar, capacidad/volumen pulmonar, presión intraalveolar,
resistencia al paso de aire y presión intratorásica).
7.- Entender y describir los mecanismos de regulación de la respiración.
8.- Entender y describir los estados desbalanceados y anormales (hipoventilación,
hiperventilación, disnea, hipercápnia, hioxia y apnea).
9.- Conocer los principales efectos de la contaminación ambiental en el sistema
respiratorio.
10.- Ser capaz de listar los principales parámetros de función pulmonar.
11.- Ser capaz de listar las principales mediciones de parámetros pulmonares.
12.-Conocer la operación de diversos tipos de transductores de respiración.
13.- Ser capaz de listar y describir los instrumentos más comunes utilizados para
medición de la función del sistema respiratorio.
15-2 PREGUNTAS DE AUTOEVALUACIÓN.
Estas preguntas prueban su conocimiento previo del material en este tema.
Busque las respuestas a medida que lea el texto.
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1.- Diga dos propósitos del sistema respiratorio.
2.- Describa las leyes de Boyle, Charles, Dalton y Henry.
3.- Describa el proceso de respiración interna.
4.- ¿Cual de las leyes de los gases describe el intercambio gaseoso a través de las
membranas celulares?
5.- Describa la respiración externa (inspiración y exhalación) en término de principios
físicos y químicos.
6.- Liste y dibuje un diagrama de bloques de los órganos del sistema respiratorio y
describa la función de cada uno de ellos.
7.- Describa la mecánica de la respiración.
8.- Liste y describa los principales parámetros de la respiración.
9.- Nombre y describa dos sistemas de control que realizan la regulación de la
respiración.
10.- Diga cinco estados desbalanceados o anormales del sistema respiratorio.
11.- Liste y describa los principales efectos ambientales en el sistema respiratorio.
12.- Un pneumotacómetro se utiliza para medir _____________________.
13.- Defina volumen de reserva inspiratoria.
14.- El volumen del flujo puede ser medido utilizando un ____________________.
15.- Las relaciones entre los diferentes volúmenes de respiración son llamados
___________________.
16.- ¿Qué es una alarma de apnea?
15-3 EL SISTEMA RESPIRATORIO HUMANO.
El sistema respiratorio humano es crítico para la supervivencia inmediata. Los
principales órganos de la función pulmonar son los pulmones, los cuales son
sumamente delicados, ya que interactúan con el ambiente externo.
El sistema respiratorio permite la adquisición de oxigeno (O2) y la
eliminación del bióxido de carbono (CO2). Los órganos de respiración proveen
una máxima área superficial (espacios alveolares) para la difusión de O2 y CO2; esto
es, un medio para renovar los gases en contacto con esta superficie (ventilación); un
medio para proteger la superficie de las membranas de condiciones ambientales,
tales como partículas tóxicas, microorganismos, resequedad y temperaturas
extremas; y un método para compensar cambios repentinos en el PH del cuerpo
y sus fluidos.
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15-4 LEYES DE LOS GASES.
La base para entender la función respiratoria está en las leyes de los gases,
las cuales incluyen la ley de Boyle, la ley de Charles, la ley de Dalton y la ley de
Henry.
La ley de Boyle establece que el volumen de un gas varía inversamente
con la presión si la temperatura se mantiene constante. Puesto en forma de
expresión matemática tenemos:
V2
P
= 1
V1
P2
(15-1)
Donde:
V1 es el volumen original.
V2 es el volumen final (nuevo).
P1 es la presión original.
P2 es la presión final (nueva).
La ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente
proporcional a su temperatura absoluta si la presión se mantiene constante.
Puesto en forma de expresión matemática es:
V2
T
= 2
V1
T1
(15-2)
Donde:
V1 es el volumen original.
V2 es el volumen final (nuevo).
T1 es la temperatura original.
T2 es la temperatura final (nueva).
La ley de Dalton establece que la presión total generada por una mezcla
de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de los
gases. La presión parcial de un gas en una mezcla de gases es igual a la presión
de ese gas solo en el contenedor. La expresión matemática es:
Ptotal = P1 + P2 + P3 + ….. + Pn
(15-3)
Donde:
Ptotal = presión combinada.
P1 = presión parcial del primer gas.
Pn = presión parcial en n-esimo gas.
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Por ejemplo, la presión atmosférica a nivel del mar es de 760 mm Hg. Calcular
la presión parcial del oxigeno, nitrógeno, y bióxido de carbono.
Ptotal = PO2 +PN2 +PCO2
PO2 por volumen = 20.96 % x 760 mm Hg = 159.30 mm Hg
PN2 = 79 % x 760 mm Hg = 600.40 mm Hg
PCO2 =0.04 % x 760 mm Hg = 0.03 mm Hg
Ptotal = 159.30 + 600.40 +0.03 = 760 mm Hg
La ley de Henry establece que si la temperatura se mantiene constante,
la cantidad de gas dentro de una solución será proporcional a la presión
parcial de dicho gas. Así, el gas con la mayor presión parcial en una mezcla tendrá
mayor masa en la solución.
Por ejemplo, si en una solución el oxígeno tiene una presión parcial de 120
mm Hg y el bióxido de carbono una de 40 mm Hg, ¿Cual gas tendrá más masa en la
solución? El oxigeno tendrá más masa en la solución dado que tiene mas presión
parcial mayor.
15-5 RESPIRACIÓN INTERNA (CELULAR).
Respiración es el intercambio de gases entre el organismo y el medio en
el que vive. La respiración interna es el intercambio de gases entre la sangre y
las células.
La figura 15-1 muestra una célula intercambiando gases con su ambiente (un
capilar adyacente). Durante su paso a través de los tejidos corporales, la sangre
cede entre 5 y 7 % de volumen (vol %) (número de centímetros cúbicos del gas
contenido en 100 mL de sangre) de oxigeno y absorbe de un 4 a un 6 vol % de
bióxido de carbono. Cuando se incrementa la temperatura o la acidez se cede más
O2 en los tejidos.
La mayor parte del O2 (un 95%) es llevado por la hemoglobina en las células
rojas de la sangre (RBC) y aún después de ceder O2 en los tejidos, las células rojas
presentan una saturación de oxígeno de un 95 %. Por otra parte, las células rojas
reciben solo un 30 % de CO2 y el restante es portado en el plasma.
El intercambio de O2 y CO2 se basa en la ley de presiones parciales de
Dalton ya vista. Por ejemplo, si la presión parcial de oxigeno (PO2) es de 100 mm
de HG en un capilar que pasa cerca de una célula y la presión interna de O2 en la
célula es de 30 mm de Hg, el O2 se moverá del capilar hacia la célula. En forma
similar el CO2 se mueve de la célula hacia el capilar. Así, la concentración
sanguínea de O2 y CO2 son críticos para obtener suficiente intercambio gaseoso.
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Figura 15-1 Respiración interna, el intercambio de O2 y CO2
entre un capilar y una célula.
La curva de disociación de oxígeno muestra esta condición en la figura 15-2,
observe que la sangre arterial esta 100 % oxigenada, conteniendo oxihemoglobina
(que es el oxígeno combinado con la hemoglobina dentro de la célula roja) en tanto
que la sangre venosa presenta una oxigenación de un 75 %.
Figura 15-2 Curva de disociación de oxígeno.
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15-6 RESPIRACIÓN EXTERNA (PULMONAR).
La respiración externa consiste en el intercambio de gases entre los
pulmones y la sangre. La mayoría de los equipos biomédicos relacionados con el
sistema respiratorio están relacionados con la medición o tratamiento de respiración
externa. Así, el resto de este tema describe los órganos del sistema respiratorio, su
fisiología y sus parámetros.
Básicamente la respiración externa comprende la inspiración (toma de aire,
inhalar, 79% nitrógeno [N], 20.96% O2, 0.04% CO2) y exhalación (desecho de
gases, exhalar, 79% N, 17% O2, 0.4% CO2). Las funciones pulmonares involucran
procesos físicos (mecánica de respiración) y procesos químicos (reacciones de
gases con líquidos o intercambio de gases). Todo esto puede ser explicado mediante
leyes físicas y químicas (leyes de los gases).
15-7 ORGANOS QUE INTERVIENEN EN LA RESPIRACIÓN.
Los órganos de respiración mostrados en la figura 15-3 frecuentemente se
clasifican en 2 divisiones:
1.- División de conducción.- Aquellos que tienen paredes gruesas (no hay
intercambio de gases con los capilares) e incluye las cavidades nasales, faringe,
laringe, traquea, bronquios y bronquiolos.
2.- División respiratoria.- Aquellos que tienen paredes delgadas (lo cual
permite el intercambio de gases con los capilares sanguíneos) e incluye los
bronquiolos respiratorios, los ductos alveolares, los atrios (espacio donde están los
sacos alveolares) y los sacos alveolares.
Ambas divisiones funcionan a través de los músculos de respiración
(diafragma, y los músculos intercostales y del pecho), costillas y esternón. La figura
15-4 muestra un diagrama de bloques del paso de aire de la nariz hasta los
capilares.
Específicamente los órganos de respiración incluyen:
1.- Nariz y cavidades nasales. Órgano facial que sirve al sentido del olfato
(oler) y que calienta, humedece y filtra el aire que va hacia el tracto respiratorio.
2.- Faringe con sus 3 divisiones:
a).- Nasofaringe (cerca de la nariz), la cual incluye los adenoides (masa
de tejido linfático).
b).- Orofaringe, que incluye las anginas (masa de tejido linfático).
c).- Hipofaringe o Laringofaringe.
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3.- Laringe (caja de voz).- Contiene las cuerdas vocales que vibran cuando el
aire es forzado a salir.
4.- Traquea (tubo de viento).- Tubo vertical que se mantiene abierto mediante
anillos de cartílago y que permite el paso de aire de y hacia los pulmones.
5.- Bronquios.- Dos ramificaciones de la traquea que descienden, cada una,
a un pulmón.
6.- Bronquiolos.- Ramificaciones branquiales más pequeñas que forma una
red de conductos a través de los pulmones.
7.- Alvéolos (sacos de aire).- Cavidades de aire (con un espesor en sus
paredes del tamaño de una célula) al final de los bronquiolos que atrapa el aire y
permite el intercambio de gases con los capilares sanguíneos.
8.- Capilares pulmonares.- Tubos muy delgados que portan sangre
alrededor de los alvéolos y que permiten el intercambio de gases.
Figura 15-3 Órganos de respiración (a) Órganos (b) Cavidad nasal izquierda.
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Figura 15-4 Diagrama de bloques del flujo de aire de la nariz a los capilares
pulmonares.
Los pulmones, figura 15-5, consisten en dos órganos esponjosos en forma de
cono que contienen los alvéolos (sacos de aire) donde se realiza el intercambio
gaseoso del aire con la sangre. El pulmón derecho esta dividido por fisuras en 3
lóbulos en tanto que el izquierdo esta dividido en dos lóbulos. En su sección interior
el pulmón izquierdo presenta una curvatura en forma de hueco (ligeramente mayor
que en el pulmón derecho) que provee espacio para el corazón.
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Figura 15-5 Los pulmones.
Por la parte posterior se localiza el área a través de la cual los vasos linfáticos
y sanguíneos, así como los bronquios entran y salen del pulmón. Ambos pulmones
están contenidos (lado a lado) dentro de la cavidad pleural del tórax y una membrana
húmeda y serosa, la víscera pleural, cubre la superficie de los pulmones y la pleura
parietal los soporta en la cavidad torácica, ambas membranas hacen contacto entre
sí. El espacio entre estas membranas, cubierto con líquido, permite el deslizamiento
entre los pulmones y el pecho durante la respiración. La cohesión entre estas
membranas ayuda a tener los pulmones expandidos.
La sangre que requiere oxigenación entra a los pulmones a través de las arterias
pulmonares (que salen del ventrículo derecho del corazón). La sangre, ya
oxigenada, sale de los pulmones a través de las venas pulmonares, las cuales van al
atrio izquierdo del corazón.
El aire que respiramos por la nariz pasa a través de la tráquea, los bronquios y
finalmente llega a los bronquiolos, los cuales se separan en bronquiolos
respiratorios. Ahí, los alvéolos o sacos e aire, de aproximadamente 0.2 mm de
diámetro, se conectan como se muestra en la figura 15-6. Se estima que en los
pulmones hay aproximadamente 300 millones de alvéolos, produciendo un área
superficial de 70 mts3 (el tamaño de una cancha de tenis). Esto permite una
capacidad pulmonar total de entre 3.6 y 9.4 lts en hombres adultos y de entre 2.5 y
6.9 lts en mujeres adultas.
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Figura 15-6 Los alvéolos y circulación de la sangre.
15-8 MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN.
La mecánica de la respiración involucra músculos que cambian el volumen de
la cavidad torácica y es esta forma producen la inspiración (toma de aire) y
exhalación. Los dos grupos de músculos involucrados en la respiración son el
diafragma (que es una pared que separa el abdomen de la cavidad torácica y que
se mueve hacia arriba y hacia abajo) y los músculos intercostales (que son un
grupo de músculos que mueven las costillas hacia fuera y hacia adentro).
La inspiración (figura 15-7) resulta de la contracción del diafragma
(movimiento hacia abajo) y de los músculos intercostales (costillas hacia arriba y
afuera). El crecimiento de la cavidad torácica produce una reducción en la presión
de -3 mm de Hg con respecto a la presión exterior. Como los pulmones son pasivos
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(no hay tejido muscular), se expanden debido a la presión positiva externa. Así, si la
presión ambiental externa es 760 mm de Hg a nivel del mar, la presión pulmonar
será de 757 mm de Hg durante inspiración. La naturaleza cerrada de la cámara
torácica hace que el aire entre a los pulmones a través de la nariz o la boca.
La exhalación (figura 15-7) resulta de la relajación del diafragma (movimiento
hacia arriba) y de los músculos intercostales (hacia abajo y hacia adentro). La
naturaleza elástica de los pulmones produce una presión pulmonar mayor que la
atmosférica (+3 mm de Hg) que fuerza al aire a salir de los pulmones.
Figura 15-7 Cambios en la cavidad torácica durante inspiración y exhalación.
Para demostrar y estudiar la función respiratoria se han desarrollado
analogías mecánicas y eléctricas. Uno utiliza masas que se deslizan en superficies
soportadas por resortes, la elasticidad de los resortes se relacionan con la capacidad
de contraerse de los pulmones; otros utilizan un sistema volumen – presión que
aplica un equipo de bombeo mediante pistones, donde el fuelle representa la
resistencia bronquial al paso del aire. Un tercer modelo se realiza con componentes
eléctricos, donde un conjunto de capacitores representa la resistencia bronquial y la
compresibilidad del aire, en tanto que una red de resistencias y capacitores simulan
la elasticidad del tejido pulmonar. Los músculos de la respiración se simulan
mediante generadores de corriente alterna.
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15-9 PARÁMETROS DE LA RESPIRACIÓN.
Los parámetros de la respiración son mediciones que indican el estado
de la función respiratoria, entre las cuales se incluyen capacidades y
volúmenes pulmonares, resistencia al aire, elasticidad y tamaño de los
pulmones y presión intratorásica.
Solo una parte del aire que entra durante el proceso de respiración realmente
alcanza los alvéolos. El volumen de aire que no esta disponible para el intercambio
gaseoso con la sangre se encuentra el los ductos que conducen al aire y es
conocido como aire muerto, pues llena un espacio muerto de aproximadamente 150
mL, el cual es menor a un 30 % del volumen total.
La figura 15-8 muestra los volúmenes importantes a considerar, los cuales
están estandarizados para un hombre de 70 Kg en reposo.
El volumen tidal (TV), de aproximadamente 500 mL, es la profundidad de la
respiración de un volumen de gas inspirado o expirado durante un ciclo de
respiración normal.
Figura 15-8 Volúmenes y capacidades pulmonares.
Volumen de reserva inspiratoria (IRV), 3,600 mL, es la máxima cantidad de
gas que puede ser aspirado a partir de la posición inspiratoria final (inspiración
adicional del punto superior de volumen tidal).
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Volumen de reserva expiratoria (ERV), 1,200 mL, es la máxima cantidad de
gas que .puede ser expirado del ultimo nivel de exhalación (exhalación adicional del
punto inferior del volumen tidal).
Volumen residual (RV), 1,200 mL, es la cantidad de gas que permanece en
los pulmones al final de una máxima exhalación (cantidad que no puede ser
expulsada del pulmón). Aún un pulmón colapsado contiene entre 500 y 600 mL.
Volumen minuto es el volumen de aire respirado normalmente durante un
minuto.
Además de los volúmenes, otros parámetros importantes (también mostrados
en la figura 15-8) son las capacidades pulmonares, las cuales se definen a
continuación:
Capacidad pulmonar total (TLC), 6,000 mL, es la cantidad del gas
contenido en los pulmones al final de una inspiración máxima, y es la suma de la
capacidad de inspiración (IC) y la capacidad funcional residual (FRC).
Capacidad Vital (VC), 4,800 rnL, es cantidad máxima de gas que puede ser
expelido de los pulmones mediante un esfuerzo forzado a partir de una inspiración
máxima.
Capacidad de Inspiración (IC), 3,600 mL, es la máxima cantidad de gas que
puede ser inspirado a partir del nivel normal de exhalación y es la suma del volumen
tidal (TV) y el volumen de reserva inspiratoria (IRV).
Capacidad residual expiratoria (FRC), 2,400 mL, es la cantidad de gas que
permanece en los pulmones después de una exhalación normal y es la suma del
volumen de reserva expiratoria (ERV) y el volumen residual (RV).
Es interesante hacer notar que el volumen de reserva disponible con respecto
al volumen total de los pulmones, lo cual es igual a:
RV
x 100 = 20 % en hombres de 25 años (70 Kg)
TLC
= 40 % en hombres de 55 años (70 Kg)
(15-4)
El trabajo para respirar involucra la resistencia al flujo de aire, capacidad de
expansión pulmonar y elasticidad de los pulmones.
La resistencia al flujo de aire se relaciona con la facilidad del paso del flujo
de aire a través de las estructuras pulmonares tubulares. En tubos más pequeños,
como en bronquiolos y alvéolos, se tendrá una resistencia más alta,
La capacidad pulmonar es la capacidad de los alvéolos y pulmones para
expandirse durante inspiración. Los pulmones son pasivos, pero deben expandirse
para asegurar suficiente ingreso de aire.
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La elasticidad pulmonar es la capacidad de los tejidos musculares al de
colapsarse durante exhalación. Los pulmones deben retornar a su estado de
descanso (no expandidos) para asegurar la expulsión de suficiente gas.
La presión intratorásica es la presión, positiva o negativa, presente en la
cavidad torácica. Es crítica para tener una inspiración (presión interna negativa) y
exhalación (presión interna negativa).
La presión intralveolar es importante para mantener una adecuada
respiración e intercambio gaseoso con la sangre.
15-10 REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN.
La frecuencia y profundidad de la respiración son controladas por (1) el
sistema nervioso y (2) por la concentración química de CO2 en la sangre. La
respiración es producida por la actividad neuronal involuntaria modificada por
influencias químicas. Su control involuntario también es posible pero esta limitado
por la homeostasis interna del cuerpo. Por ejemplo, respiración profunda voluntaria
por un tiempo prolongado puede producir un estado de inconciencia natural que
permite a la química sanguínea (pH) regresar a sus valores normales.
Los centros de control respiratorio en el cerebro están localizados en la
médula y en el puente de Varolio del tallo cerebral, así, células nerviosas envían
impulsos que estimulan el diafragma y los músculos intercostales para contraerse y
efectuar la inspiración. De los centros inspiratorios de la médula se envían impulsos
a los centros pneumotáxicos del puente de Varolio para alcanzar el máximo pico de
inspiración. Los centros de exhalación (localizados dorsalmente a los centros de
inspiración en la médula) inician la exhalación enviando impulsos que inhiben la
inspiración, con lo que los músculos de inspiración se relajan y pasivamente ocurre
la exhalación. Este sistema retroalimentado mantiene el ritmo y profundidad de la
respiración (TV).
La actividad respiratoria también es afectada por la química y temperatura de
la sangre que pasa a través del cerebro. Así, el cambio en la concentración de
bióxido de carbono en sangre cambia la frecuencia respiratoria. El balance ácidobase en la sangre (normalmente con un pH de 7.4) se alcanza a partir de la siguiente
reacción química de desecho de bióxido de carbono de las células con agua en el
plasma sanguíneo.
CO2 + H20 Æ H2CO3 Æ H+ + HCO3-
(15-5)
Un mecanismo de reflejo regula la respiración, tal como se muestra en la
figura 15-9. Por ejemplo, si esta alta la concentración de CO2 en sangre a partir de
las células, al producir iones Hs+ y HCO3- de más, se produce la estimulación del
centro de respiración del cerebro. Esto incrementa la profundidad de la respiración y
eventualmente la frecuencia respiratoria. Con esto el nivel de CO2 en sangre cae
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haciendo que los centros de respiración del cerebro decrezcan la frecuencia
respiratoria.
Esto constituye un lazo de retroalimentación negativa donde el pH de la
sangre se mantiene dentro de límites normales (7.36 a 7.44). Los actos de
estimulación e inhibición a través de barorreceptores (sensores de elongación en los
pulmones), quimorreceptores de O2 (células en la aorta) y los centros de respiración
(células en el cerebro) aseguran el balance de las presiones parciales de O2 y de
CO2 en la sangre.
Figura 15-9 Mecanismo reflejo de la respiración.
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15-11 ESTADOS DESBALANCEADOS Y DE ENFERMEDAD.
El sistema respiratorio puede presentar estados desbalanceados, entre los
cuales se encuentran:
Hiperventilación es una ventilación alveolar en exceso a las necesidades
metabólicas de extracción de CO2. Esto resulta en una caída de la presión parcial de
CO2 en la sangre por debajo de 40 mm de Hg. La hiperventilación es producida por
una, voluntaria o involuntaria, alta frecuencia respiratoria o respiraciones profundas,
produciendo una reducción del nivel de CO2 en sangre.
Hipoventilación es una ventilación alveolar inadecuada para los requerimientos de
extracción de CO2. Esto resulta en una elevación de la presión parcial de CO2 en la
sangre arriba de 40 mm de Hg. La hipoventilación es producida por una, voluntaria o
involuntaria, respiración débil o superficial, lo cual produce que se acumule e
incremente el nivel de CO2 en sangre.
El sistema respiratorio puede presentar estados de enfermedad o
padecimiento, entre los cuales se encuentran:
Hipoxia, lo cual es un bajo contenido de O2 en la sangre, lo cual es el resultado de
una reducción excesiva de la presión parcial de O2 en la sangre al punto que
produzca la muerte. La hipoxia puede ser el resultado de daño neuronal en los
centros de control respiratorio, daño alveolar, daños en los tejidos respiratorios o de
un transporte inadecuado de O2.
Apnea, es el cese, generalmente temporal, de la respiración, lo cual es el resultado
de una reducción a los estímulos de los centros respiratorios o de daño cerebral.
Hiperpnea es el incremento del volumen tidal (TV) con o sin el incremento de la
frecuencia respiratoria. Lo cual reduce las presiones parciales de oxígeno alveolar y
sanguínea.
Dispnea es la respiración forzada (esfuerzo para respirar) producida por un estado
de acidosis (bajo pH en sangre), neumonía, falla cardiaca, hemorragia, o fiebre.
Polipnea o taquipnea es el incremento de la frecuencia respiratoria, sin el
incremento en la profundidad de la respiración, causada por fiebre o hipoxia.
Hipercapnia es una respiración reducida (alta presión parcial de CO2 en sangre)
que puede ser el resultado de problemas en el sistema nervioso central, daño en
nervios o músculos respiratorios, padecimientos metabólicos o de obstrucción en las
vías respiratorias.
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15-12 AMENAZAS AMBIENTALES AL SISTEMA RESPIRATORIO.
El sistema respiratorio, particularmente los pulmones, deben resistir
condiciones agresivas del medio ambiente. Fumar cigarro, inhalar gases, fibras y
líquidos en el ambiente ocupacional causan daño al tejido pulmonar. El Instituto
Nacional de la Salud ha realizado programas desde 1970 para la detección y
prevención de enfermedades respiratorias resultantes de factores ambientales.
El índice de mortandad entre los fumadores de cigarro promedio es 70 %
mayor que entre los no fumadores. Respirar gases producidos por reacciones
químicas de óxido de azufre e hidrocarburos con ozono en la atmósfera produce
daño respiratorio por medio de ácidos que se forman en los alvéolos pulmonares,
destruyendo las membranas respiratorias, causando su inflamación.
En forma particular, cuando entran humo o polvo en las superficies
pulmonares, se incrustan produciendo una deficiente oxigenación. Las emisiones de
monóxido de carbono (250 millones de toneladas métricas anuales) y otros gases de
desecho de máquinas y procesos, producen hipoxia y finalmente, la muerte.
La valoración del impacto ambiental ha sido una parte esencial del avance
industrial. La calidad del aire se convirtió en un aspecto legal con la introducción del
Acta de Aire Limpio en 1970. Esta Acta estableció las metas de calidad del aire que
todas las industrias debían cumplir para 1982. Parte de la valoración de la calidad
del aire incluye identificar contaminantes, llevar un registro del nivel de calidad
del aire, llevar un registro de información meteorológica, tener reuniones con
información histórica de la calidad del aire y determinar cuando la
contaminación es producida por nuevas industrias.
Los pacientes con enfermedades del sistema respiratorio debidas a factores
ambientales a menudo requieren de equipos de soporte respiratorio o ventilación
asistida (respiración artificial).
15-13 PRINCIPALES MEDICIONES DE LA FUNCIÓN PULMONAR.
Debido a la gran diversidad de padecimientos y problemas respiratorios, ya
sean inducidos orgánicamente o por el medio ambiente, es esencial la medición de
la función pulmonar, la cual incluye:
Máxima ventilación voluntaria (MVV), la cual es la profundidad y frecuencia
respiratoria medida por un espirómetro (dispositivo para medición de volumen
respiratorio).
Volumen espiratorio forzado en 1 segundo (FEV1), el cual es el volumen medido
por un espirómetro en una inhalación y exhalación rápida.
Flujo de exhalación máximo (MEFR), el cual es la medición de flujo de una
inhalación y exhalación enérgica.
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Presión intraalveolar, la cual es la presión en los sacos alveolares medida por un
pletismógrafo de cuerpo (dispositivo de medición de presión).
Gases sanguíneos, los cuales indican la presión parcial de O2 y CO2 en la sangre
medidos por un analizador de gases sanguíneos.
Balance ácido – base, el cual indica la cantidad de CO2 en la sangre registrado por
un medidor de pH.
15-14 MEDICIONES DEL SISTEMA RESPIRATORIO.
El sistema respiratorio se encarga de introducir oxígeno al cuerpo y extraer el
bióxido de carbono de desecho.
Existen diversos transductores para realizar mediciones del sistema
respiratorio, aun cuando solo se realizan algunos pocos tipos de mediciones
diferentes. Una clase de estos instrumentos, conocido como pneumograma, se
utiliza para detectar respiración, pero no entrega información cuantitativa en relación
al sistema; sin embargo, frecuentemente este instrumento viene en conjunto con un
pneumotacómetro (medidor frecuencia respiratoria) como sistema de monitoreo en
unidades de cuidados intensivos.
Para mediciones cuantitativas de relacionadas con volúmenes
pulmonares se cuenta con instrumentos llamados espirómetros, en sus
modalidades mecánica y electrónica, de donde es posible obtener las siguientes
mediciones:
1.- Volumen Tidal (TV).
2.- Volumen de Reserva Inspiratoria (IRV)
3.- Volumen de Reserva Espiratoria (ERV)
4.- Volumen Residual (RV).
5.- Volumen Minuto.
Y existe una relación entre estos volúmenes y los expresados como
capacidades pulmonares, que son calculados por algunos equipos de medición de
función respiratoria. Las capacidades pulmonares son:
1.- Capacidad Vital (VC).
2.- Capacidad Funcional Residual (FRC).
3.- Capacidad inspiratoria (IC).
4.- Capacidad Pulmonar Total (TLC).
La cantidad de gases sanguíneos y CO2 expirado al final de una respiración
de Volumen Tidal (TV) se consideran también en las mediciones respiratorias.
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TEMA 15 EL SISTEMA RESPIRATORIO Y SUS MEDICIONES rev 2
15-15 INSTRUMENTOS Y TRANSDUCTORES RESPIRATORIOS.
Los instrumentos utilizados en el sistema respiratorio, como la mayoría de los
instrumentos de medición, tienden a ser poco más que extensiones de los
transductores utilizados en la adquisición de información del paciente, en algunos
casos no se requiere más que un amplificador de CD. En este tema se presentarán
los transductores utilizados en la instrumentación del sistema respiratorio así como el
equipo requerido en el procesamiento de las señales.
El pneumógrafo por impedancia se basa en el hecho de que la
impedancia (CA) a través del pecho cambia cuando se presenta el ciclo de
respiración, por lo cual esta técnica es utilizada muy frecuentemente en monitores
neonatales de respiración y equipos de alarma de apnea. La figura 15-10 muestra un
diagrama de bloques de un pneumógrafo por impedancia.
Figura 15-10 Diagrama de bloques de un pneumógrafo por impedancia.
En el pneumógrafo por impedancia se aplica un bajo voltaje de corriente
alterna de una frecuencia de entre 50 y 500 kHz al pecho del paciente mediante
electrodos de superficie (como los utilizados en el ECG). De hecho, muchos de
estos monitores operan también como monitores ECG, utilizando un conjunto común
de electrodos y agregando otro par de terminales de electrodo.
En cada una de las terminales de electrodo donde se aplica el voltaje de
excitación se conecta una resistencia fija de alto valor óhmico, produciendo
prácticamente una fuente de corriente de CA constante. Al amplificador de CA
diferencial se la aplica la señal de caída de voltaje a través de la resistencia del
pecho del paciente, la cual es su impedancia torácica, quedando el circuito como se
muestra en la figura 15-11.
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Figura 15-11 Circuito equivalente del pneumógrafo por impedancia.
Así:
E0 = I (R ± ΔR)
(15-6)
Donde:
E0 es el potencial de salida in volts (V)
I
es la corriente a través de el pecho en amperes (A)*
R
es la impedancia del pecho, sin respiración, en ohms (Ω)
ΔR es el cambio de impedancia del pecho causada por la respiración, en ohms (ΔΩ)
Aún cuando la ecuación 15-6 utiliza la unidad de ampere, la corriente que
pasa por el pecho del paciente esta en el rango de microamperes. La corriente
que pasa a través del pecho del paciente es muy pequeña y prácticamente constante
debido a que la fuente de voltaje E es constante y el término ΔR es muy pequeño
con respecto a la suma R1 + R2 + R.
La señal E0 se amplifica y se envía a al detector modulador sincrónico de
amplitud (AM) así, las variaciones en amplitud de E0 causadas por ΔR contendrán la
forma de onda de la respiración; después del detector un filtro paso bajo extrae la
señal portadora residual y finalmente un amplificador de CD escala la forma de onda
de salida al nivel requerido por el dispositivo de desplegado o por el
pneumotacómetro.
La salda del pneumógrafo por impedancia contiene información de
frecuencia y existencia de respiración, de ahí su uso en equipos de monitoreo
y de alarma de apnea.
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TEMA 15 EL SISTEMA RESPIRATORIO Y SUS MEDICIONES rev 2
Existen dos tipos de pneumógrafos que utilizan transductores de galgas
extensiométricos piezoresistivas para detectar respiración. Un tipo, ahora obsoleto,
es la galga extensiométrica de mercurio. En este instrumento, se coloca alrededor
del pecho del paciente un delgado tubo elástico relleno de mercurio, el tubo
generalmente presenta un diámetro interior de 0.5 mm y un diámetro exterior de 2
mm y tiene un largo de aproximadamente 3 cm; las terminales del tubo son cerradas
con una amalgama de cobre, plata o platino. Las versiones modernas de galgas
extensiométricas elásticas utilizan sulfato de cobre o alguna pasta electrolítica en
lugar de mercurio debido a que estos materiales presentan una resistencia más alta,
reduciendo los requerimientos de corriente necesarios para generar un voltaje de
salida apropiado.
Otros tipos de transductores con galgas extensiométricas piezorresistivas
utilizan dispositivos de alambre, de banda o con material semiconductor. En
aplicaciones de pneumografía, la galga extensiométrica es insertada entre dos
bandas elásticas y se coloca en el pecho del paciente, la galga cambia su resistencia
con el movimiento del pecho del paciente durante la respiración. Cuando el pecho
se eleva y baja con la respiración, se produce una componente ΔR que se
transforma en un cambio en la señal del voltaje de salida. Una vez más, en la señal
de voltaje de salida no se obtendrá información de flujo o volumen, solo se
tendrá información de frecuencia y existencia de respiración.
Estos tipos de galgas extensiométricos, así como las compuestas por
transductores con termistor que se verán a continuación, pueden ser utilizados en
medios puentes de Wheatstone o puentes completos, tal como se presentan el las
figuras 15-12.
Figura 15-12 Circuitos Puente de Wheatstone, medio y pleno.
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En el medio Puente de Wheatstone, la galga extensiométrica piezorresistiva
se encuentra en serie con la fuente de corriente constante I, y el voltaje E0
representa la señal de respiración; pero este circuito presenta un problema, el voltaje
E0 no es cero cuando no hay respiración, sino que es igual a I * R. Los
pneumógrafos que utilizan este circuito aplican ya sea un amplificador con
acoplamiento de CA (con la frecuencia inferior de -3 dB en 0.05 Hz) o tienen un
ajuste de control de corrimiento (offset) para eliminar el valor estático de E0. El
Puente de Wheatstone pleno elimina el problema del corrimiento, pues el valor
estático de E0 es cero. En algunos casos R2 es también un transductor conectado
en el lado opuesto de SG1, aumentando la sensitividad del circuito.
En algunos pneumógrafos se utilizan termistores como detectores de flujo,
uno de los cuales consiste en un pequeño termistor colocado en la entrada de la fosa
nasal. Se hace pasar una corriente constante a través del termistor, aún cuando su
valor se limita a la corriente requerida para que se autocaliente ligeramente, lo cual
esta entre los 5 a 10 mA para la mayoría de los termistores. La disipación de
potencia se limita generalmente a menos de 40 mW con la finalidad de evitar
quemaduras o molestia en el paciente. El termistor cambia su resistencia debido a la
diferencia de temperatura entre el aire inspirado y el exhalado.
La figura 15-13 muestra la aplicación de un transductor basado en termistor
en el caso de pacientes intubados (tubo endotraqueal) o en donde se tienen equipos
de respiración asistida (terapia respiratoria).
Figura 15-13 Detector de flujo de aire mediante termistores.
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En este caso se tienen 2 termistores montados en el interior de un tubo de
acoplamiento “T”. El termistor R1 esta en la vía del aire de inspiración y exhalación
en tanto que el termistor R2 opera como punto de referencia al estar colocado en un
espacio muerto de aire no turbulento. Las resistencias R3 y R4 forman la otra mitad
del Puente de Wheatstone. Una vez más, la corriente que fluye por los termistores
está limitada al punto de ligero autocalentamiento.
Cuando no hay flujo de aire E0 es normalmente cero, pero toma un valor
diferente de cero cuando hay flujo de aire dentro del tubo. Así, la forma de onda del
voltaje que representa la respiración se genera debido a que el termistor R1
responde a la diferencia de temperatura entre el aire inhalado y exhalado.
En algunos transductores el termistor es reemplazado por un alambre de
platino muy delgado, tal como se muestra en la figura 15-14, el alambre de platino
pasa por en medio (transversal) de un pequeño segmento de tubo y como en casos
previos, el alambre es tratado como una resistencia en el punto de
autocalentamiento. En la misma forma que en el caso del termistor, el alambre de
platino no ofrece información numérica de flujo, solo permite detectar la presencia y
frecuencia de la respiración.
Figura 15-14 Detector de flujo con alambre de platino.
La figura 15-15 muestra un transductor de flujo que es capaz de mediciones
cuantitativas, en donde el flujo es medido en litros por minuto. Este medidor consiste
en un transductor de presión diferencial y un ducto de aire (venturi) que contiene una
obstrucción hecha con malla de alambre. La malla de alambre produce una caída de
presión que es medida como una presión diferencial a través de la malla, así, el
transductor de presión se conecta a ambos lados de la malla de tal forma que pueda
medir esta caída de presión como una presión diferencial.
Es necesario mantener la caída de presión a través de la malla de
alambre menor a 1 cm de H20, en caso contrario se afectaría la respiración normal.
El transductor estándar tiene una malla de 50 mm de diámetro que presenta una
densidad de 158 alambres por centímetro. Esta malla produce una caída de presión
de aproximadamente 0.09 cm de H2O ante un flujo de aire de 10 L/min (9 X 10-3 cm
H2O/L).
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Figura 15-15 Transductor de flujo cuantitativo.
Los fabricantes de equipo respiratorio que utilizan la malla de alambre calibran
el instrumento para asegurar su relación presión – flujo, pero esta calibración debe
revisarse periódicamente utilizando un a bomba neumática de flujo (de precisión)
para producir un flujo conocido de referencia.
El flujo de aire es el paso de un volumen de aire por unidad de tiempo y puede
obtenerse integrando la señal de volumen-tiempo en un período conocido de tiempo.
Una versión de esta medición frecuentemente vista en equipo médico es la medición
de volumen minuto, en la cual se mide el volumen respirado en el período de 1
minuto, lo cual se mide integrando la señal de volumen (totalizador) en un período de
1 minuto.
15-16 ESPIRÓMETROS.
La figura 15-16 muestra un espirómetro convencional. Este instrumento utiliza
una campana que se encuentra suspendida en un recipiente con agua, cuenta con
una manguera, la cual en un extremo presenta un acoplamiento a la boca del
paciente y el otro extremo va al interior de la campana por arriba del nivel del agua.
En la parte superior de la campana se amarra una cuerda y mediante un sistema de
poleas se conecta a un contrapeso cuya función es compensar el peso de la
campana a presión atmosférica.
Así, cuando no se esta respirando por la manguera, la campana estará en
reposo con un volumen fijo de aire en su interior y por arriba del nivel del agua.
Cuando el paciente exhala a través del tubo, se incrementa la presión dentro de la
campana por arriba de la presión atmosférica, provocando que la campana se eleve.
En forma similar, cuando el paciente inhala a través del tubo, la presión dentro de la
campana se reduce produciendo una caída en la posición de la campana. Así, la
campana sube cuando la presión se incrementa y baja cuando la presión decrece.
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Figura 15-16 Espirómetro mecánico de campana.
El cambio en la presión interna de la campana produce un cambio en el
volumen de aire dentro de ella, modificando, a través de la cuerda, la posición del
contrapeso; esto se aprovecha para realizar un registro de los cambios de volumen
simplemente instalando en la cuerda o contrapeso una plumilla que corre sobre un
tambor (kimograph) de papel graduado que se mueve lentamente a velocidades
entre 30 y 2000 mm/min.
Algunos espirómetros tienen una salida eléctrica que presenta un voltaje
analógico que representa la forma de onda de la respiración. La mayoría de las
veces la salida eléctrica se produce acoplando un potenciómetro lineal a la cuerda o
contrapeso, así, si se conectan a los extremos del potenciómetro voltajes precisos de
polarización positivo y negativo, la señal eléctrica representará la misma información
que el registro impreso. En este caso, cuando no hay respiración a través del tubo,
E0 será cero, pero cuando el paciente respira por el tubo, E0 tomará valores
proporcionales al volumen y su polaridad indicará si es inspiración o exhalación.
Actualmente también están disponibles medidores de flujo ultrasónicos, los
cuales operan por la diferencia en el corrimiento Doppler detectado en ondas de
ultrasonido que viajan con y en contra de la dirección del flujo. Los principios de
operación de estos instrumentos se verán en un tema posterior.
Otros instrumentos utilizan una pequeña turbina o hélices acopladas a un
alternador o que interrumpe el paso de luz a una fotocelda para producir a su salida
una frecuencia proporcional al flujo de aire.
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15-17 INSTRUMENTOS Y SISTEMAS PARA LA MEDICIÓN PULMONAR.
Durante mucho tiempo la instrumentación pulmonar se limitó al espirómetro de
campana y algunos pocos instrumentos más; esto no fue debido a su poca
importancia, sino a la dificultad para hacer mediciones. Las mediciones del sistema
cardiovascular (trazos ECG y presiones) son más fáciles de hacer, por lo que se
desarrollaron primero. Actualmente, sin embargo, se ha incrementado muchísimo el
rango de instrumentación pulmonar en los laboratorios hospitalarios de función
pulmonar, unidades de cuidados intensivos (ICU), unidades de cuidados coronarios
(CCU), quirófanos (OR) y en departamentos de investigación.
La figura 15-17 muestra un monitor de función pulmonar utilizado en
laboratorios de función pulmonar en hospitales y centros médicos. Este sistema,
basado en microprocesador, realiza cálculos de función o fisiología pulmonar,
despliega variables y puede ser utilizado como equipo de monitoreo y alarma.
Figura 15-17 Monitor pulmonar Bicore CP-100, equipo para medición de
fisiología pulmonar, el monitor despliega formas de onda de presión de aire,
flujo de aire, presión esofageal y volumen tidal.
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TEMA 15 EL SISTEMA RESPIRATORIO Y SUS MEDICIONES rev 2
Frecuentemente se asume que los diferentes volúmenes y capacidades
pulmonares son las únicas mediciones pulmonares, pero también se deben
considerar en esta clase las mediciones de PO2 (porcentaje de oxígeno) y de PCO2
(porcentaje de bióxido de carbono), las cuales son mediciones, ya sea de sangre
arterial y venosa o de los gases exhalados. En un tema posterior se cubrirán los
equipos de análisis de gases sanguíneos, en este tema se describirá brevemente la
operación de un analizador de CO2 gaseoso.
La figura 15-18 muestra un instrumento que mide el porcentaje de bióxido de
carbono en una muestra de gas. Cuando su sensor se coloca en la línea de
exhalación de un respirador artificial o de una máquina de anestesia, mide el
contenido de volumen tidal final de CO2.
Este equipo cuenta con una trampa fría que reduce el contenido de humedad
del gas de entrada y con un medidor de flujo. Una bomba interna produce una
reducida presión de tal forma que entre al equipo una muestra de los gases de
exhalación. El medidor de flujo le permite al operador determinar si el flujo es
suficiente para tener una medición precisa.
Figura 15-18 Analizador de CO2.
La base de operación de un analizador de CO2 en gases es que el CO2
absorbe energía de radiación infrarroja en tanto que el O2 y el N no. Así, la
muestra de gas es pasada a una celda transparente que se encuentra en la
trayectoria de una fuente de radiación infrarroja y una fotocelda o fototransistor que
son sensitivos solo a ese tipo de radiación.
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Su calibración se realiza ajustando la perilla de cero para cero lectura de
%CO2 en el aire ordinario del cuarto o algún gas que no contenga CO2. Una vez
ajustado el cero, la ganancia se ajusta introduciendo al equipo una muestra de un
tanque con una calibración preestablecida de CO2. Un estándar común entre los
distribuidores de gas comprimido es de 95% de O2 y 5% de CO2, en cuyo caso, la
perilla de ganancia se ajusta hasta que el indicador de %CO2 marque un 5 %.
15-18 RESUMEN.
1.- ¿Cuál es la función del sistema respiratorio?
El sistema respiratorio permite la adquisición de oxigeno (O2) y la eliminación del
bióxido de carbono (CO2).
2.- ¿Cuáles son algunas de las funciones de los órganos de la respiración?
Los órganos de respiración proveen una máxima área superficial (espacios
alveolares) para la difusión de O2 y CO2; esto es, un medio para renovar los gases
en contacto con esta superficie (ventilación); un medio para proteger la superficie de
las membranas de condiciones ambientales, tales como partículas tóxicas,
microorganismos, resequedad y temperaturas extremas; y un método para
compensar cambios repentinos en el PH del cuerpo y sus fluidos.
3.- ¿Qué establece la ley de Boyle?
La ley de Boyle establece que el volumen de un gas varía inversamente con la
presión si la temperatura se mantiene constante.
4.- ¿Qué establece la ley de Charles?
La ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente proporcional
a su temperatura absoluta si la presión se mantiene constante.
5.- ¿Qué establece la ley de Dalton?
La ley de Dalton establece que la presión total generada por una mezcla de gases
es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases.
6.- ¿Qué se entiende por presión parcial de un gas?
La presión parcial de un gas en una mezcla de gases es igual a la presión de ese
gas solo en el contenedor.
7.- ¿Qué establece la ley de Henry?
La ley de Henry establece que si la temperatura se mantiene constante, la cantidad
de gas dentro de una solución será proporcional a la presión parcial de dicho gas.
Así, el gas con la mayor presión parcial en una mezcla tendrá mayor masa en la
solución.
8.- ¿Qué es la respiración?
Respiración es el intercambio de gases entre el organismo y el medio en el que vive.
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9.- ¿Qué es la respiración interna?
La respiración interna es el intercambio de gases entre la sangre y las células.
10.- ¿En que se basa el intercambio de O2 y CO2, y en que forma se realiza
entre un capilar y una célula?
El intercambio de O2 y CO2 se basa en la Ley de presiones parciales de Dalton. Por
ejemplo, si la presión parcial de oxigeno (PO2) es de 100 mm de HG en un capilar
que pasa cerca de una célula y la presión interna de O2 en la célula es de 30 mm de
Hg, el O2 se moverá del capilar hacia la célula. En forma similar el CO2 se mueve de
la célula hacia el capilar.
11.- ¿Qué nivel de oxigenación presenta la sangre arterial, y cual es en la
sangre venosa?
La sangre arterial esta 100 % oxigenada en tanto que la sangre venosa presenta una
oxigenación de un 75 %.
12.- ¿Qué es la respiración externa?
La respiración externa consiste en el intercambio de gases entre los pulmones y la
sangre.
13.- ¿Qué etapas comprende la respiración externa y que procesos involucra?
Básicamente la respiración externa comprende la inspiración (toma de aire, inhalar) y
expiración (desecho de gases, exhalar. Las funciones pulmonares involucran
procesos físicos (mecánica de respiración) y procesos químicos (reacciones de
gases con líquidos o intercambio de gases).
14.- ¿Cuáles son las 2 divisiones de los órganos de la respiración y en que
consisten?
1.- División de conducción.- Aquellos que tienen paredes gruesas (no hay
intercambio de gases con los capilares) e incluye las cavidades nasales, faringe,
laringe, traquea, bronquios y bronquiolos.
2.- División respiratoria.- Aquellos que tienen paredes delgadas (lo cual permite el
intercambio de gases con los capilares sanguíneos) e incluye los bronquiolos
respiratorios, los ductos alveolares, los atrios (espacio donde están los sacos
alveolares) y los sacos alveolares.
15.- ¿Cuáles son los 2 grupos de músculos involucrados en la mecánica de la
respiración y en que forma operan?
Los dos grupos de músculos involucrados en la respiración son el diafragma (que es
una pared que separa el abdomen de la cavidad torácica y que se mueve hacia
arriba y hacia abajo) y los músculos intercostales (que son un grupo de músculos
que mueven las costillas hacia fuera y hacia adentro).
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16.- En relación con la mecánica de la respiración, ¿En que forma se realiza la
inspiración y que cambio de presión interna en los pulmones produce?
La inspiración resulta de la contracción del diafragma (movimiento hacia abajo) y de
los músculos intercostales (costillas hacia arriba y afuera). El crecimiento de la
cavidad torácica produce una reducción en la presión de -3 mm de Hg con respecto
a la presión exterior.
17.- En relación con la mecánica de la respiración, ¿En que forma se realiza la
exhalación y que cambio de presión interna en los pulmones produce?
La exhalación resulta de la relajación del diafragma (movimiento hacia arriba) y de
los músculos intercostales (hacia abajo y hacia adentro). La naturaleza elástica de
los pulmones produce una presión pulmonar mayor que la atmosférica (+3 mm de
Hg) que fuerza al aire a salir de los pulmones.
18.- ¿Qué es el volumen tidal (TV) y que dimensión aproximada tiene?
El volumen tidal (TV), de aproximadamente 500 mL, es la profundidad de la
respiración de un volumen de gas inspirado o expirado durante un ciclo de
respiración normal.
19.- ¿Qué es el Volumen minuto?
Volumen minuto es el volumen de aire respirado normalmente durante un minuto.
20.- ¿Qué es la Capacidad Vital (VC)?
Capacidad Vital (VC), 4,800 rnL, es cantidad máxima de gas que puede ser expelido
de los pulmones mediante un esfuerzo forzado a partir de una inspiración máxima.
21.- ¿Qué es la presión intratorásica?
La presión intratorásica es la presión, positiva o negativa, presente en la cavidad
torácica. Es crítica para tener una inspiración (presión interna negativa) y expiración
(presión interna negativa).
22.- ¿Quiénes controlan la frecuencia y profundidad de la respiración?
La frecuencia y profundidad de la respiración son controladas por (1) el sistema
nervioso y (2) por la concentración química de CO2 en la sangre.
23.- ¿Dónde se encuentran los centros de control respiratorio en el cerebro?
Los centros de control respiratorio en el cerebro están localizados en la médula y en
el puente de Varolio del tallo cerebral, así, células nerviosas envían impulsos que
estimulan el diafragma y los músculos intercostales para contraerse y efectuar la
inspiración.
24.- ¿Qué pasa si se presenta una alta concentración de CO2 en la sangre?
Se produce la estimulación del centro de respiración del cerebro, incrementando la
profundidad de la respiración y eventualmente la frecuencia respiratoria.
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25.- ¿Cuáles son los 2 estados desbalanceados de la respiración y en qué
consisten?
Hiperventilación, lo cual es una ventilación alveolar en exceso a las necesidades
metabólicas de extracción de CO2. Esto resulta en una caída de la presión parcial de
CO2 en la sangre por debajo de 40 mm de Hg. La hiperventilación es producida por
una, voluntaria o involuntaria, alta frecuencia respiratoria o respiraciones profundas,
produciendo una reducción del nivel de CO2 en sangre.
Hipoventilación, lo cual es una ventilación alveolar inadecuada para los
requerimientos de extracción de CO2. Esto resulta en una elevación de la presión
parcial de CO2 en la sangre arriba de 40 mm de Hg. La hipoventilación es producida
por una, voluntaria o involuntaria, respiración débil o superficial, lo cual produce que
se acumule e incremente el nivel de CO2 en sangre.
26.- Mencione 3 padecimientos o estados de enfermedad del sistema
respiratorio.
Hipoxia, lo cual es un bajo contenido de O2 en la sangre, lo cual es el resultado de
una reducción excesiva de la presión parcial de O2 en la sangre al punto que
produzca la muerte. La hipoxia puede ser el resultado de daño neuronal en los
centros de control respiratorio, daño alveolar, daños en los tejidos respiratorios o de
un transporte inadecuado de O2.
Apnea, es el cese, generalmente temporal, de la respiración, lo cual es el resultado
de una reducción a los estímulos de los centros respiratorios o de daño cerebral.
Hiperpnea es el incremento del volumen tidal (TV) con o sin el incremento de la
frecuencia respiratoria. Lo cual reduce las presiones parciales de oxígeno alveolar y
sanguínea.
Dispnea es la respiración forzada (esfuerzo para respirar) producida por un estado
de acidosis (bajo pH en sangre), neumonía, falla cardiaca, hemorragia, o fiebre.
Polipnea o taquipnea es el incremento de la frecuencia respiratoria, sin el
incremento en la profundidad de la respiración, causada por fiebre o hipoxia.
Hipercapnia es una respiración reducida (alta presión parcial de CO2 en sangre)
que puede ser el resultado de problemas en el sistema nervioso central, daño en
nervios o músculos respiratorios, padecimientos metabólicos o de obstrucción en las
vías respiratorias.
27.- ¿Qué mediciones cuantitativas se pueden realizar con un espirómetro?
Volumen Tidal (TV), Volumen de Reserva Inspiratoria (IRV), Volumen de Reserva
Espiratoria (ERV), Volumen Residual (RV), Volumen Minuto.
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28.- ¿Cuál es principio de operación del pneumógrafo por impedancia, que tipo
de información es posible obtener y dónde se utiliza?
El pneumógrafo por impedancia se basa en el hecho de que la impedancia (CA) a
través del pecho cambia cuando se presenta el ciclo de respiración, la información
que es posible obtener es la frecuencia y existencia de respiración y se utilizada muy
frecuentemente en monitores neonatales de respiración y equipos de alarma de
apnea.
29.- ¿Cómo funciona un pneumógrafo por impedancia?
En el pneumógrafo por impedancia se aplica al pecho del paciente un bajo voltaje de
corriente alterna de una frecuencia de entre 50 y 500 kHz mediante electrodos de
superficie. En cada una de las terminales de electrodo donde se aplica el voltaje
de excitación se conecta una resistencia fija de alto valor óhmico, produciendo
prácticamente una fuente de corriente de CA constante. Al amplificador de CA
diferencial se la aplica la señal de caída de voltaje a través de la resistencia del
pecho del paciente, la cual es su impedancia torácica.
30.- ¿Qué ventaja presenta el puente de Wheatstone pleno contra el medio
puente?
El Puente de Wheatstone pleno elimina el problema del corrimiento, pues el valor
estático de salida es cero.
31.- ¿En que forma opera el pneumógrafo con termistor?
En algunos pneumógrafos se utilizan termistores como detectores de flujo, uno de
los cuales consiste en un pequeño termistor colocado en la entrada de la fosa nasal.
Se hace pasar una corriente constante a través del termistor, aún cuando su valor se
limita a la corriente requerida para que se autocaliente ligeramente, lo cual esta entre
los 5 a 10 mA para la mayoría de los termistores. La disipación de potencia se limita
generalmente a menos de 40 mW con la finalidad de evitar quemaduras o molestia
en el paciente. El termistor cambia su resistencia debido a la diferencia de
temperatura entre el aire inspirado y el exhalado.
32.- ¿En que forma esta construido y como funciona un medidor de flujo de
aire por presión diferencial?
Este medidor consiste en un transductor de presión diferencial y un ducto de aire
(venturi) que contiene una obstrucción con malla de alambre. La malla de alambre
produce una caída de presión que es medida como una presión diferencial a través
de la malla, así, el transductor de presión se conecta a ambos lados de la malla de
tal forma que pueda medir esta caída de presión como una presión diferencial. Es
necesario mantener la caída de presión a través de la malla de alambre menor a 1
cm de H20, en caso contrario se afectaría la respiración normal. El flujo de aire se
determina mediante la característica flujo-presión determinada durante su
calibración.
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33.- ¿En que forma esta construido y cómo opera un espirómetro
convencional?
Este instrumento utiliza una campana que se encuentra suspendida en un recipiente
con agua, cuenta con una manguera, la cual en un extremo presenta un
acoplamiento a la boca del paciente y el otro extremo va al interior de la campana
por arriba del nivel del agua. En la parte superior de la campana se amarra una
cuerda y mediante un sistema de poleas se conecta a un contrapeso cuya función es
compensar el peso de la campana a presión atmosférica.
Así, cuando no se esta respirando por la manguera, la campana estará en reposo
con un volumen fijo de aires en su interior y por arriba del nivel del agua. Cuando el
paciente exhala a través del tubo se incrementa la presión dentro de la campana por
arriba de la presión atmosférica, provocando que la campana se eleve. En forma
similar, cuando el paciente inhala a través del tubo, la presión dentro de la campana
se reduce produciendo una caída en la posición de la campana. Así, la campana
sube cuando la presión se incrementa y baja cuando la presión decrece.
El cambio en la presión interna de la campana produce un cambio en el volumen de
aire dentro de ella, modificando, a través de la cuerda, la posición del contrapeso;
esto se aprovecha para realizar un registro de los cambios de volumen simplemente
instalando en la cuerda o contrapeso una plumilla que corre sobre un tambor
(kimograph) de papel graduado que se mueve lentamente a velocidades entre 30 y
2000 mm/min.
34.- ¿Cuál es la base de funcionamiento de un analizador de CO2 en gases?
La base de operación de un analizador de CO2 en gases es que el CO2
absorbe energía de radiación infrarroja en tanto que el O2 y el N no. Así, la muestra
de gas es pasada a una celda transparente que se encuentra en la trayectoria de
una fuente de radiación infrarroja y una fotocelda o fototransistor que son sensitivos
solo a ese tipo de radiación.
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