Mecanica y dinamica resp

MECÁNICA Y DINÁMICA
RESPIRATORIA
Material de uso interno
Facultad de Ciencias
2010
MECANICA RESPIRATORIA
• ES EL ESTUDIO DE LAS FUERZAS QUE
SOSTIENEN Y MUEVEN EL PULMON Y LA
PARED TORACICA, DE LAS
RESISTENCIAS QUE DEBEN SUPERARSE
Y LOS CAUDALES RESULTANTES.
• DURANTE LA RESPIRACION NORMAL
Y EN REPOSO.
• INSPIRACION ES UN PROCESO
ACTIVO
• ESPIRACION ES UN FENOMENO
PASIVO
FUERZAS DESARROLLADAS
POR LOS MUSCULOS RESPIRATORIOS.
DICHAS FUERZAS DEPENDERAN DE DOS
FACTORES.
LA ELASTANCIA Y LA
RESISTENCIA A
LA DEFORMACION
DE LA PARED
TORACICA
Y DE LOS
PULMONES.
LA RESISTENCIA
DE LAS
VIAS AEREAS AL
PASAJE DEL
GAS.
ACTIVACIÓN DE LOS MÚSCULOS RESPIRATORIOS
Propiedades mecánicas del músculo
(Longitud-Tensión, Fuerza-Velocidad)
FUERZA MUSCULAR (F)
Geometría de la parrilla costal
Interacción Agonistas - Antagonistas
PRESIÓN (P = F/Area)
Resistencia elástica, friccional e
inercial de los pulmones y parrilla
costal
MOVIMIENTO (VENTILACIÓN)
Presiones en el Sistema Respiratorio
(P Atmosférica)
P Alveolar
P Transmural
P Pleural
Presión transmural: Presion Interna-Presión Externa
1 mm de Hg=1.34 cm H2O
(distensibilidad)
Contrario a la elasticidad o elastancia
Elástico: Que puede recobrar más o menos
completamente su forma y extensión tan pronto
como cesa la acción que las alteraba
ELASTANCIA Y COMPLIANCE
ELASTANCIA
∆P
∆V
COMPLIANCE
∆V ∆ P
E es inversamente proporcional a C
Inestabilidad elástica: presión a la cual se
produce perdida de las propiedades elásticas
(receptores de estiramiento)
Volumen Máximo
1.
2.
A pesar de que l P=0 todavía queda aire enel pulmón (Volumen de Reposo)
Compliance mas baja al principio
Volumen Tidal de 500 ml
2.5 cm H2O
Compliance
200ml/cm agua
Compliance Regional: distintas zonas del pulmón presentan diferentes
compliaces por encontrarse con diferentes presiones transpulmonares
Efecto de la gravedad hace que la presión intrapleural sea mayor en la base
que en el ápice del pulmón......
Volúmenes y Capacides
Pulmonares
Inspiración Máxima
Posible
Espiración
Volúmenes y Capacides
Pulmonares
• Volúmenes:
• Vol. Tidal o Corriente (VT o VC): cantidad de aire
que entra o sale del sistema respiratorio en un ciclo
ventilatorio (500 ml en un adulto joven)
• Vol. de Reserva Inspiratoria (VRI): cantidad
adicional que se puede inspirar por encima del VT.
• Vol. de Reserva Expiratoria (VRE): volúmen
adicional que se puede espirar luego de espiración
normal.
• Vol. Residual (VR): aire remanente luego de una
espiración máxima.
Volúmenes y Capacides
Pulmonares
• Capacidades:
• Cap. Inspiratoria (CI): vol. máximo de gas que puede
ser inspirado desde la CRF (4,000ml).
• Cap. Residual Funcional (CRF): cantidad de gas
remanente en los pulmones al final de una espiración
pasiva con la glotis abierta y los músculos relajados
(2,700ml).
• Cap. Vital (CV): vol. que puede ser espirado luego de
una inspiración máxima (5,500ml).
• Cap. Pulmonar Total (CPT): cantidad de aire en los
pulmones luego de una inspiración máxima (6,700ml)
VRI (volumen reserva
inspiratorio) 1500 cm3
VOLUMENES
PULMONARES
VC (volumen
corriente) 500 cm3
VRE (volumen reserva
espiratorio) 1500 cm3
VR (volumen residual)
1500 cm3
PRESIONES TRANSMURALES (PTM)
PTM = interior - exterior
PTM p (Pulmonar) = P alveolar - P pleural
PTM t (torácica) = P pleural - P atmosférica
PTM tp (toracopulmonar)= P alveolar - P atmosférica
PTM tp = PTM t + PTM p
Punto de Equilibrio
Compliance= 100 ml / cm H2O
¿Y la Caja Torácica?
Muy relacionado con LA TENSIÓN SUPERFICIAL
Fuerza que actúa a través de una línea imaginaria
de 1 cm de largo en la superficie de un líquido
Aumenta la presión en el interior,
y tiende a disminuir el tamaño
TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LÍQUIDOS (a 20ºC)
nombre del líquido
γ en dinas/cm
nombre del líquido
γ en dinas/cm
Acetona
23.7
Éter etílico
17.01
Benceno
28.85
n-Hexano
18.43
Tetracloruro de
carbono
26.95
Metanol
22.61
Acetato de etilo
23.9
Tolueno
28.5
Alcohol etílico
22.75
Agua
72.75
Laplace
P=2T/R
La Tensión Superficial determina algunas propiedades del pulmón
1. La curva se desplaza
La Tensión Superficial determina algunas propiedades del pulmón
2. Desaparece la Histéresis
HAY TENSIÓN SUPERFICIAL EN EL PULMÓN
¿Cómo afecta a su funcionamiento?
Los alvéolos tienen distintos tamaños
R=2
R=4
Laplace
P=2T/R...... A menor radio mayor presión.....
Laplace
P=2T/R
P
P
El surfactante pulmonar
SURFACTANTE – 1.- Agente activo en contacto con superficies que
aumenta las propiedades de emulsificación, espuma, desparramo y
mojado de un producto.2.- Término sinónimo de tensio-activo.
TENSIO-ACTIVO – Son compuestos que permiten variar la tensión
superficial y son los causantes de la Humectación, Penetración,
Emulsión y Suspensión de la suciedad. Su estructura está
compuesta por dos partes, una Hidrofílica [afinidad con el agua] y
otra Lipofílica [afinidad con aceites], lo que permite formar puentes
entre el agua y el aceite, ayudando a remover la suciedad.
No sólo disminuye la tensión superficial, sino que es mas
efectivo en superficies pequeñas.
Gran superficie, máxima T
Pequeña superficie, mínima T
La T es mayor en la fase de extension
El surfactante pulmonar
•
•
•
•
Dipalmitoil fosfatidil colina
Secretado por pneumocitos tipo II
Recubre la superficie del alveolo
Propiedades tensoactivas:
– Disminuye la tension superficial.
– Actúa en función de la superficie:
¿Cómo funciona?
FOSFOLIPIDO
Importancia fisiológica del
surfactante
• Aumenta la distensibilidad pulmonar
• Estabiliza el alveolo y previene el colapso
• Mantiene seco el alveolo:
– La T Superficial tiende a introducir líquido al
interior de la “burbuja”
Sindrome de estrés respiratorio
en recien nacidos
• Surfactante se sintetiza en las últimas semanas del
embarazo
• Niños prematuros:
– Rigidez y Edema pulmonar
– Areas del pulmon con atelectasia (colapso
pulmonar)
MECANICA RESPIRATORIA
DINAMICA
MECÁNICA DE LA
RESPIRACION
Dinámica ventilatoria
•
•
•
•
Respiración
Tos
Suspiro
Bostezo
MECANICA DE LA
RESPIRACION
Inspiración
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Orden de control central
Vías eferentes: información a los músculos inspiratorios
Actividad de diafragma (y otros musc. en insp. forzada)
Presión pleural más negativa
Aumenta la presión transmural pulmonar
Los alvéolos se expanden
Disminuye la presión alveolar
Gradiente de presión, genera flujo de entrada de aire
Aumenta el retroceso elástico pulmonar
MECANICA DE LA RESPIRACION
Espiración
•
•
•
•
•
•
Cesa el comando inspiratorio
Músculos inspiratorios se relajan
Disminuye el volumen torácico
Presión pleural se hace menos negativa
Disminuye la presión transmural pulmonar
Disminuye el volumen alveolar y aumenta la
presión alveolar
• Flujo de salida de aire hasta que se igualan las
presiones
Analogía entre la Ley de Poiseuille y la
Ley de Ohm
Ley de Ohm: I=V/R
I = corriente (flujo electrico)
V= tensión (energía potencial electrica)
R = resistencia al flujo
Para fluidos:
F=P/R
F = Flujo aereo
P = presión (energía potencial)
R = resistencia al flujo
R
P1
F
P2
Organización del arbol bronquial
Circuitos series
y paralelos
Resistencias de las vias aéreas
A.
Durante la respiración tranquila el flujo de aire es laminar
RESISTENCIA AL FLUJO
CONCEPTOS BÁSICOS
Rt = R1 + R2 + R3….
RESISTENCIA SERIE
1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3… RES. PARALELO.
SERIES
R1
R2
R3
PARALELO
R1
R2
R3
QUÉ SUCEDE REALMENTE EN EL SR?
BAJA R
ALTA R
BAJA R
bronquiolos
traquea
bronquios
∆P
FLUJO = ------R
8 η l
R = --------π r4
R=8nl / Πr4
L*2............. R*2
Constante en el caso del pulmón
r/2............. R*16!!!!!!!
Durante la respiración profunda se generan turbulencias
Con la velocidad de flujo
Con el diámetro del tubo
Las turbulencias aumentan la resistencia al flujo de
manera dramática, necesitándose unas diferencias de
P mucho mayores para aumentar el flujo.
Types of Flow
Flujo laminar vs Turbulento
El número de REYNOLDS
Flujo
Laminar
Flujo
Turbulento
Nr = pDv / n
p = densidad
D = diametro
v = velocidad
n = viscosidad
El número de Reinolds se usa en los flujos de
fluidos para preducir la velocidad a la cual se
formarán turbulencias
2r(radio)v(velocidad)d(densidad)
R(numero de Reinolds)=
n(Viscosidad)
En las vías aéreas se produce un flujo
turbulento sólo en las vías de mayor diámetro
1/P =Σ1/P
Def. física de Trabajo = fuerza realizada multiplicada
por el recorrido.
En un sistema como el respiratorio se demuestra que trabajo
es Presión x Volumen si:
F P- presión;F- fuerza y S. superficie
P=
S
Con un criterio más estricto el trabajo realizado es la suma
de pequeños trabajos, hechos a intervalos de tiempo
infenitesimalmente pequeños, dado que el V y la P varían
de instante a instante.
lo
W = ∫ PdV
to
LAS FUERZAS REALIZADAS POR LOS MUSCULOS
RESPIRATORIOS PARA RELIZAR ESPLAZAMIENTOS
DE LA PARED Y DE LOS PULMONES IMPLICAN
CIERTO TABAJO