guia 5: mecánica ventilatoria

GUIA 5: MECÁNICA VENTILATORIA
El sistema respiratorio tiene dos funciones básicas: ventilación (entrada y
salida de aire) e intercambio de gases. La función ventilatoria del sistema depende
fundamentalmente de la diferencia de presiones que existe, entre la atmósfera y los
alvéolos. Esto se debe a que, como todos los fluidos, el aire se desplaza de, un sitio
de mayor presión a otro de menor, hasta el punto en donde se equilibran las presiones
y se detiene el flujo. Durante la inspiración, al abatirse el diafragma de manera
involuntaria, se aumenta el diámetro de la caja torácica lo que, de acuerdo a la ley de
Boyle, disminuye la presión dentro de la misma (presión intratorácica), provocando un
aumento en el tamaño alveolar debido al gradiente de presión transmural a través de
la pared alveolar, lo que causa un decremento en la presión intraalveolar y favorece de
este modo el flujo de aire. La contracción de los músculos de la inspiración,
primordialmente del diafragma, proporciona la fuerza necesaria para vencer el
retroceso elástico del pulmón y para superar la resistencia de fricción del aire en su
paso por el árbol bronquial. El proceso de la espiración es completamente pasivo,
excepto cuando existe resistencia en el tracto en donde, para poder vencerla se
requiere contracción de músculos del abdomen y tórax.
Para poder evaluar las dos funciones básicas del sistema respiratorio
contamos con diversos estudios como la gasometría, la cual evalúa el intercambio
gaseoso, o la oximetría, prueba no invasiva que también proporciona información
acerca de la hematosis. Para poder determinar la función ventilatoria el examen más
utilizado, por la gran cantidad de información que nos brinda, es la espirometría.
La espirometría evalúa la cantidad de aire que puede movilizarse dentro y
fuera del sistema ventilarorio, esto nos habla de los componentes mecánicos que
intervienen en la ventilación. Lo anterior se logra registrando el volumen de aire que se
respira a través del tiempo (Figura 1) y con la medición de los flujos, la cual
correlaciona la velocidad del aire espirado o inspirado con el volumen de aire, con lo
que se logra una curva denominada flujo-volumen. (Figura 2).
Los parámetros que se pueden obtener con la realización de la espirometría
son: capacidad vital (CV), volumen espiratorio forzado en el primer segundo (VEF1),
relación entre la VEF1 y la CV, así como el flujo espiratorio máximo (FEM), flujo
inspiratorio máximo (FIM) entre otros.
Existen dos síndromes principales que se pueden diagnosticar por medio de la
espirometría: el obstructivo y el restrictivo. (Figura 1).
Tiempo (s)
Figura 1. Espirometría. Se relaciona el tiempo contra el volumen durante una
espiración máxima. La línea obscura representa el patrón normal, la línea punteada
hace mención a un patrón obstructivo, mientras que la línea delgada lo hace a un
patrón restrictivo.
Figura 2. Curva de flujo-Volumen. Esta correlaciona la velocidad de desplazamiento del aire contra el
volumen de la CV.
Valores Básicos
Volumen corriente, VC/VT
Volumen de Reserva Inspiratorio, VRI/IRV
Volumen de Reserva Espiratorio, VRE/ERV
Capacidad Inspiratoria, CI =VRI+VC:
Capacidad Vital, CV/VCIN
Frecuencia Respiratoria/FB
Volumen minuto o Ventilación pulmonar total (Calcular en l/min):
2. Desarrollo del Trabajo Práctico
2.a. Bases Teóricas
El pulmón y la caja torácica (incluido el diafragma) forman una unidad funcional y se mueven al
unísono, razón por la cual el volumen pulmonar está determinado por el tamaño del tórax, así la
expansión del tórax aumenta el volumen pulmonar, en tanto que su retracción lo disminuye. El
pulmón y el tórax se encuentran unidos por medio del líquido pleural, que facilita el
desplazamiento de ambos y hace más difícil separarlos al ejercer una fuerza perpendicular a sus
superficies. Ambas estructuras son elásticas (es decir que recobran su forma inicial luego de que
una fuerza deformante deja de actuar sobre ellos), pero sus propiedades elásticas son opuestas,
el pulmón tiende a retraerse en tanto que el tórax tiende a expandirse. Al final de la espiración las
fuerzas elásticas del pulmón y del tórax son equivalentes y opuestas, así la tendencia del pulmón a
retraerse es balanceada perfectamente por la tendencia del tórax a expandirse.
Presión pleural: como el pulmón y el tórax están soportando una tensión igual y opuesta intentarán
separarse, creando así una presión subatmosférica a nivel de la interfase pleural. Esta presión
"negativa" se mide en el espacio intrapleural y alcanza unos -6 cm de H2O en el adulto normal al final
de la espiración.
Presión alveolar: es la presión en los alveolos. Cuando no hay flujo y las vías aéreas están
abiertas, en comunicación con la atmósfera, es igual a la presión atmosférica. Cambia su valor
durante el ciclo respiratorio para generar un gradiente de presión y permitir la entrada o salida de
aire.
2.b. Parte Práctica
2.b.1. Volúmenes y capacidades pulmonares estáticas.
Son parámetros de la función pulmonar y se miden frecuentemente en clínica.
Definiciones previas:
Volumen
...Corriente (VC)
...de reserva
inspiratoria (VRI)
...residual (VR)
... de reserva
espiratoria (RE)
es el volumen de aire que...
...se inspira o espira en un movimiento respiratorio tranquilo y
normal.
.
...puede
ser inspirado después de una inspiración
normal.
..permanece en los pulmones aún después de una espiración
forzada.
... puede ser espirado después de una espiración normal.
1)-Observe la respiración tranquila y normal de un alumno del grupo. La cantidad de
aire que inspira en cada ciclo se llama:
............................................................................................................................................................
2)-¿Es capaz de inspirar un volumen mayor del que inspira normalmente?...............................
Este volumen extra recibe el nombre de:.................................................................................
3)- Luego de una espiración máxima, el sonido que se obtiene al golpear la pared del
tórax ¿es mate (estructura maciza) o sonoro (estructura hueca)? Ello indica la existencia de un
volumen..........................................................................................................................
La suma de dos o más volúmenes constituyen las capacidades pulmonares.
4)- La cantidad de aire que puede ser exhalado en una espiración máxima luego de una inspiración
máxima se llama capacidad vital (CV) y corresponde a la suma de tres volúmenes: (utilice las
abreviaturas).
....... ...........+ . ...................... +.........................
5)- La cantidad de aire que contienen los pulmones luego de una espiración normal,
recibe el nombre de capacidad funcional residual. ¿A la suma de qué volúmenes corresponde?................................................................................................................................................
6)- La máxima cantidad de aire que puede inspirarse, luego de una espiración normal se
llama capacidad inspiratoria ¿A la suma de que volúmenes corresponde?
CI=........................................... +....................................................................................
7)- La cantidad de aire que contienen los pulmones luego de una inspiración máxima se
conoce como capacidad pulmonar total. Indique cuáles son los volúmenes que la integran:
CPT=....................................................+....................................................................
CPT = ........................+........................+...........................+...................................
8)- Complete la siguiente tabla con los valores normales para cada volumen:
Especie (elija 3)
Volumen
corriente
Volumen de
reserva
inspiratorio
Volumen de
reserva
espiratorio
Volumen
residual
2.b.3. Espirometría
Con un espirómetro se puede medir el volumen corriente, el de reserva inspiratoria y el de
reserva espiratoria, así como aquellas capacidades constituidas por la suma de dichos volúmenes: capacidad vital y capacidad inspiratoria.
A: Tambor del espirómetro
B: Cámara de aire
C: Campana flotante
D: Agua
E: Boquilla
El espirómetro consta de una campana llena de aire de la cual el individuo toma ese aire
mediante movimientos inspiratorios y a la cual lo devuelve mediante movimientos espiratorios.
La campana se halla conectada con una aguja inscriptora que registra las variaciones del
volumen pulmonar sobre el papel de un quimógrafo.
El quimógrafo puede girar a dos velocidades: lenta y rápida. En el eje de las ordenadas se
mide el volumen de aire que entra al pulmón (trazo ascendente) o que sale del pulmón (trazo
descendente), expresándose el resultado en ml de aire. En el eje de las abscisas se mide el
tiempo. La escala que corresponde es la siguiente:
volumen: 1 mm equivale a 33 ml de aire.
Tiempo: 30 mm corresponden a 30 seg. en velocidad lenta: (1mm/seg.) y a 1 seg en velocidad
rápida (30 mm/seg).
Antes de efectuar los registros se ensayarán las diferentes maniobras respiratorias a realizar.
1)- Trazado de los movimientos respiratorios normales.
Técnica:
El alumno se coloca la boquilla del espirómetro y respira normalmente manteniendo la nariz
obstruida durante 30 segundos. El registro se realiza a velocidad lenta. Esta velocidad se usará
en todos los registros excepto en el trazado de espiración forzada. Determinar en el registro la
frecuencia respiratoria, volumen corriente y volumen respiratorio minuto.
a) Volumen corriente:
Se mide la altura de una onda eligiendo cualquiera de las inscriptas si el trazado es regular y si
es irregular se elige aquella que más se repite. Un mm. de altura se corresponde a 33 ml de aire.
b) Frecuencia respiratoria:
Se cuenta el número de ondas inscriptas en 30 segundos y se multiplica por dos, expresándose el
resultado en ciclos por minuto.
c) Volumen minuto:
Es el producto de la frecuencia respiratoria por el volumen corriente. Se expresa en ml de aire
por minuto.
2)- Registro de Capacidad vital
Técnica:
Sin retirar la boquilla el alumno debe realizar una inspiración profunda seguida de una
espiración máxima. Capacidad vital: es el volumen de aire que puede ser expulsado por un
esfuerzo máximo luego de una inspiración forzada. Puede medirse directamente con el
espirómetro; se puede hacer sin limite de tiempo: rápida o lentamente. La Capacidad vital
determinada en cualquier sujeto puede compararse con datos normales para una edad
considerando las variaciones de peso y altura. Se consideran normales variaciones del orden
del 20% del valor teórico. Todas las mediciones deben repetirse varias veces y calcular un
promedio.
Resultados
a) Volúmenes y capacidades:
Volúmenes
Capacidad
vital
Capacidad
inspiratoria
VRI
VC
VRE
b)- Trazado de los movimientos respiratorios consecutivos a un período de apnea.
Técnica:
A partir de una espiración normal, el alumno debe permanecer en apnea el mayor tiempo
posible, después de lo cual se efectúa el registro de los movimientos respiratorios durante 30
segundos.
Anote los resultados obtenidos.
c)- Trazado de los movimientos respiratorios consecutivos a la hiperventilación.
Técnica:
Después de retirada la boquilla el alumno hiperventila durante 60 segundos. Luego se coloca,
nuevamente la boquilla y se efectúa el registro de los movimientos respiratorios durante 30
segundos.
Anote los resultados obtenidos.
d)- Trazado de los movimientos respiratorios después de un esfuerzo físico.
Técnica:
El alumno deberá realizar un esfuerzo físico de mediana intensidad (subir una escalera,
flexiones), después de lo cual se coloca la boquilla y se efectúa el registro durante 30
segundos. Determinar frecuencia respiratoria y volumen corriente.
Post-apnea
Post-hiperventilación
Post-ejercicio
Frecuencia
respiratoria
Volumen corriente
(ml)
Vol min. (l/min)
e)- Curva de espiración forzada, capacidad vital forzada, volumen espiratorio forzado o
capacidad vital cronometrada.
Consiste en medir con el espirómetro en velocidad rápida de registro el tiempo en que se espira la
capacidad vital lo más rápidamente posible. El alumno debe respirar normalmente y luego realizar una
inspiración máxima seguida por una espiración máxima y rápida. También se puede realizar
inspiratoria o sea primero exhalar completamente todo el aire y luego inspirar rápido y profundo. La
capacidad vital se mide desde el punto máximo de la inspiración hasta el 13 % de la espiración.
En la curva de capacidad vital cronometrada se mide el porcentaje (%) de la CV inspirada en el 1 ° y
3o segundo de espiración. En el primero normalmente se espira el 83% de la capacidad y en el
tercero el 90% de la capacidad vital (para nuestro aparato primer segundo: 30 mm., tercer
segundo: 90 mm.). El primer segundo o volumen espiratorio forzado (VEF1 °) nos da un índice de la
obstrucción de la vía aérea por lo que cuando se reduce, se dice que hay un defecto ventilatorio
obstructivo. El VEF 3o es menos sensible a la obstrucción que el VEF 1°. Las Variaciones totales
de volumen de CVF entre una persona normal y otra con obstrucción de la vía aérea son similares,
por lo tanto los volúmenes pulmonares básicos no cambian. Sin embrago existe una diferencia en
la cantidad de aire que pueden espirar en cada segundo, especialmente en el primero.
Trazado del volumen espiratorio forzado
Técnica:
Luego de una inspiración máxima se hace espirar en forma forzada con la máxima velocidad
posible. El registro se toma con el quimógrafo en velocidad rápida.
Determinar el volumen de aire espirado (capacidad vital) y el porcentaje de aire espirado en el 1° y
el 3o segundo de espiración (capacidad vital cronometrada). Luego se repite toda la operación
obstruyendo parcialmente la tubuladura que comunica la boquilla con el tambor de aire del espirómetro
mientras el alumno realiza la espiración forzada.
Ventilación alveolar
1. Explique la diferencia entre ventilación pulmonar total y ventilación alveolar.
2. ¿Qué función cumple la ventilación alveolar y cómo puede medirse?
3. Se hizo respirar a un sujeto en una bolsa de Douglas, y se recogieron 6,9 litros/
minuto con una concentración de CO2, de 4%. ¿Cual será el volumen de
ventilación alveolar si la concentración alveolar de CO 2 es de 5,6 %? ¿Cual será
el volumen del espacio muerto si la frecuencia es de 13 ciclos por minuto?
4. De acuerdo a la ecuación del gas alveolar, ¿Cual será la PO2 alveolar en este
sujeto? ¿Que sucederá con su valor si la ventilación alveolar se duplica?
5. ¿A que se denomina hipo e hiperventilación? ¿Qué es más eficiente desde el
punto de vista de la ventilación alveolar, modificar la frecuencia respiratoria o el
volumen corriente?
6. Explique las diferencias regionales en la ventilación alveolar.
7. ¿Cuáles son los factores que condicionan la solubilidad de un gas en un líquido?
Saque conclusiones respecto de la solubilidad del O 2 y CO2 comparando sus
coeficientes de solubilidad.
8. Indique qué parámetros regulan la difusión de los gases y qué factores pueden
modificar el intercambio gaseoso de los capilares pulmonares.
9. Señale las características de la circulación pulmonar y bronquial. ¿Existe
comunicación entre ambas? Explique los mecanismos que las regulan.
10.
Explique las diferencias regionales en la relación ventilación - perfusión y
como influyen en el intercambio gaseoso.