Ventilación Pulmonar 2014 PDF

VENTILACIÓN PULMONAR MVZ Jesús Ángel Aguirre Pineda 2014 INTRODUCCIÓN  El aparato respiratorio lleva a cabo las siguientes funciones. FUNCIONES RESPIRATORIAS  Intercambio gaseoso  Aporta O2 a la sangre...

VENTILACIÓN PULMONAR MVZ Jesús Ángel Aguirre Pineda 2014 INTRODUCCIÓN  El aparato respiratorio lleva a cabo las siguientes funciones. FUNCIONES RESPIRATORIAS  Intercambio gaseoso  Aporta O2 a la sangre para mantener el metabolismo tisular.  Elimina CO2, producto del metabolismo, hacia el ambiente.  El consumo de O2 y la producción de CO2 varían en función del índice metabólico.  El metabolismo basal (en reposo) es generalmente mayor en las especies más pequeñas. Éstas consumen más oxígeno por kg de peso corporal que las especies de mayor tamaño.  El ejercicio aumenta el consumo de oxígeno. Dicho consumo puede incrementarse hasta 30 veces.  Regulación del pH  La siguiente reacción ocurre continuamente en la sangre: +  Debido a esta reacción, al eliminar CO2 el aparato respiratorio también elimina hidrogeniones (H ) de manera indirecta. FUNCIONES NO RESPIRATORIAS  Termorregulación Se pierde calor por evaporación a través de la respiración.  Metabolismo de algunas sustancias por ejemplo: síntesis de angiotensina II, degradación de prostaglandinas, etc…  Protección contra agentes extraños Captura y eliminación de polvo, sustancias tóxicas, virus, bacterias, etc…  Vocalización MECÁNICA DE LA VENTILACIÓN  Ventilación movimiento de entrada y salida de aire del aparato respiratorio.  El ciclo respiratorio consta de dos fases: inspiración y espiración. INSPIRACIÓN (INHALACIÓN)  Consiste en desplazamiento de aire desde el ambiente hacia los pulmones (entrada de aire).  Para que el aire entre, la presión intra-pulmonar (intra-alveolar) debe ser menor que la atmosférica (presión intra-pulmonar negativa)  Es un proceso activo, es decir requiere energía que es proporcionada por la contracción de los músculos inspiratorios:  Diafragma  Principal músculo respiratorio.  Tiene forma de cúpula (vértice craneal) y separa el tórax de la cavidad abdominal.  Inervado por el nervio frénico.  Al contraerse, se desplaza hacia caudal, con lo que la longitud cráneo-caudal del tórax aumenta. Esto también presiona el contenido abdominal y aumenta la presión intra-abdominal.   Músculos intercostales externos  Tienen fibras en dirección caudo-ventral desde el borde caudal de una costilla al borde craneal de la siguiente.  Al contraerse, las costillas se desplazan hacia craneal y afuera, con lo que el diámetro dorso- ventral del tórax aumenta.  La participación de las costillas craneales en la ventilación es inferior a la de las caudales, pues las primeras proporcionan un soporte muscular a las extremidades anteriores de los cuadrúpedos. INSPIRACIÓN Músculos Pulmones (unidos a Disminuye la presión Aire ingresa Tórax se inspiratorios pared torácica mediante intra-pulmonar (intra- a los expande se contraen la pleura) se expanden alveolar) pulmones  La contribución relativa diafragma / músculos intercostales externos no está bien definida en animales.  Músculos inspiratorios accesorios  Esternocleidomastoideo, serratos, escalenos. ESPIRACIÓN (EXHALACIÓN)  Consiste en desplazamiento de aire desde los pulmones hacia el ambiente (salida de aire).  Para que el aire salga, la presión intra-pulmonar debe ser mayor que la atmosférica (presión intra-pulmonar positiva)  Espiración pasiva:  En la mayoría de las especies, durante el reposo, NO se requiere contracción muscular para que se presente la espiración.  Ocurre por rebote elástico, debido a las propiedades elásticas de los pulmones y la tensión superficial del líquido alveolar. Para que se presente, basta con la relajación de los músculos inspiratorios.  Espiración activa:  Se presenta durante el ejercicio y en algunas enfermedades respiratorias. También en caballos sanos en reposo.  Requiere de la contracción de los músculos espiratorios:  Músculos abdominales (rectos, oblicuos internos y externos, transverso)  Al contraerse, aumenta la presión abdominal, lo que empuja al diafragma relajado en dirección craneal y reduce el volumen torácico.  Músculos intercostales internos  Presentan fibras en dirección cráneo-ventral desde borde craneal de una costilla al borde caudal de la anterior.  Al contraerse, las costillas se desplazan hacia caudal y ventral, con lo que el volumen torácico disminuye. ESPIRACIÓN Pulmones y tórax se retraen Aumenta la presión Aire sale de los (con o sin participación activa de intra-pulmonar pulmones los músculos espiratorios) (intra-alveolar) PROPIEDADES DEL TEJIDO PULMONAR Presión intrapleural  La presión intrapleural (entre las dos capas pleurales) es negativa en todo momento (tras una espiración normal es ≈ 3 mmHg menor que la presión atmosférica), lo que mantiene al pulmón lleno de aire y evita su colapso.  Disminuye durante la inspiración. Por lo tanto, alcanza su valor más negativo hacia el final de esta fase.  Si se abre el tórax, los pulmones se exponen a la presión atmosférica (que es mayor que la presión intra- pleural) y colapsan hasta su volumen mínimo. Sin embargo, algo de aire permanece en los alvéolos, por lo que flotan en agua, a diferencia de los pulmones que nunca respiraron.  El colapso pulmonar que ocurre tras la apertura del tórax se debe a la elasticidad pulmonar y la tensión superficial. Elasticidad pulmonar  Elasticidad: capacidad de un cuerpo de recobrar su posición original, cuando desaparece la fuerza que lo había deformado.  Dada por el tejido pulmonar elástico y el colágeno. Tensión superficial  Fuerza existente en cualquier interfaz aire-agua. Las moléculas de agua experimentan entre sí mayor atracción que la que tienen con moléculas de gases en el aire.  Debido a que en los alveolos pulmonares existe una interfase agua-gas, se presenta en ellos tensión superficial. Esta fuerza tiende a colapsar los alvéolos. Surfactante pulmonar  Es producido por los neumocitos tipo II.  Su función es muy importante, pues reduce la tensión superficial en los alvéolos. Por lo tanto, ayuda a evitar el colapso pulmonar y favorece el llenado de los pulmones.  Consiste en una mezcla de lípidos y proteínas.  Por su estructura hidrófila / hidrófoba, se distribuye por la superficie alveolar.  Se libera a los espacios alveolares al final de la gestación (transcurrido el 85% de la gestación en el caso de la oveja), por aumento del cortisol plasmático fetal.  En los animales prematuros hay surfactante inmaduro. En estos animales se presenta dificultad para inflar los pulmones y muerte. El tratamiento puede ser con surfactante sintético. Líquido pleural  El líquido pleural, localizado entre las pleuras visceral y parietal, permite que ambas capas se deslicen fácilmente una sobre la otra, pero a la vez las mantiene unidas, similar a dos hojas de vidrio unidas por una capa de agua.  Por lo tanto, el líquido pleural une mecánicamente al pulmón con la caja torácica. Así,…  Al expandirse el tórax, los pulmones también se expanden.  En una espiración forzada, el límite de compresión del tórax determina el volumen residual. RESISISTENCIA AL FLUJO DE AIRE EN LAS VÍAS RESPIRATORIAS  Fuerza que se opone al flujo de aire, principalmente por fricción de éste contra las paredes de las vías respiratorias.  Depende principalmente del diámetro de las vías respiratorias: Si ↓ diámetro ↑ resistencia / si ↑ diámetro ↓ resistencia Resistencia en diferentes segmentos de las vías respiratorias  Cavidad nasal, faringe y laringe (vías superiores)  Calientan y humedecen el aire.  Ofrecen del 50 al 70 % de la resistencia total de un animal en reposo.  Árbol traqueobronquial  Recubierto por epitelio ciliado y secretor.  El área de sección transversal total aumenta de la tráquea hacia los bronquiolos, por lo que la velocidad y la resistencia al flujo disminuyen progresivamente:  Tráquea y bronquios:  Presentan flujo turbulento (↑velocidad), lo que genera ruidos pulmonares normales.  Ofrecen del 24 – 40% de la resistencia total.  Bronquiolos:  Presentan flujo laminar (↓velocidad) no genera ruido.  Ofrecen del 6-10% de la resistencia total. Factores que modifican la resistencia  El diámetro de las vías respiratorias (y la resistencia al flujo de aire) puede modificarse de manera activa o pasiva:  Músculo liso de tráquea, bronquios y bronquiolos   Al relajarse el músculo liso ↑ diámetro vías respiratorias ↓ resistencia al flujo Al contraerse el músculo liso ↓ diámetro vías respiratorias ↑ resistencia al flujo AGENTES QUE PROVOCAN AGENTES QUE PROVOCAN RELAJACIÓN DEL MÚSCULO LISO CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO LISO  Estimulación de receptores β2-adrenérgicos  Estimulación parasimpática (principalmente catecolaminas circulantes, también (nervio vago, como respuesta refleja estimulación simpática) ante agentes irritantes como el polvo)  Sistema no adrenérgico – no colinérgico  Mediadores inflamatorios (nervio vago) que libera péptido intestinal vasoactivo (histamina, leucotrienos)  Otros  Disminuyen la resistencia al flujo de aire:  Dilatación de fosas nasales (por ejemplo: ejercicio)  Vasoconstricción en mucosa nasal (porque disminuye el grosor de la mucosa). * Estos mecanismos nasales son muy importantes en equinos, quienes no pueden respirar por la boca.  Aumentan la resistencia al flujo de aire:  Compresión disminución del diámetro de las vías respiratorias.  Vías extra-pulmonares  Hemiplejia laríngea Durante la inspiración, la presión subatmosférica dentro de las vías respiratorias tiende a colapsarlas. Normalmente esto es evitado por los músculos abductores. En la hemiplejía laríngea del caballo, el músculo abductor izquierdo de la laringe se atrofia por falta de inervación y no puede contraerse. El flujo turbulento de aire produce “estridor” durante la inspiración en el ejercicio.  Vías intra-torácicas  Espiración forzada La presión intra-pleural supera la presión intraluminal. Por ejemplo, tos. Las altas velocidades alcanzadas en la zona colapsada facilitan la expulsión de cuerpos extraños.  Colapso traqueal se presenta en perros de raza miniatura. La tráquea intratorácica se encuentra debilitada. Durante el ejercicio, el aumento de la presión intra-torácica que acompaña a la espiración forzada provoca colapso de la tráquea, lo que genera graznido debido al flujo de aire en su interior.  Obstrucciones de las vías respiratorias: exudado, neoplasias, parásitos, etc… DISTRIBUCIÓN DE AIRE EN EL PULMÓN  La distribución de la ventilación siempre es desigual entre diferentes regiones del pulmón.  Sin embargo, las diferencias se acentúan con patologías:  Descenso local de la distensibilidad (por ejemplo: fibrosis)  Obstrucción local de las vías respiratorias (por ejemplo: secreciones)  Animales grandes en decúbito (por ejemplo: cirugía regiones inferiores se comprimen y reciben ventilación deficiente) Ventilación colateral  En algunas especies el aire se desplaza entre regiones adyacentes del pulmón por vías colaterales: Perro, gato No tienen separación entre lóbulos buena ventilación colateral Caballo, oveja Separación parcial Vaca, cerdo Separación completa de lóbulos la falta de ventilación colateral los hace más vulnerable a alteraciones en la difusión de gases por obstrucción de vías respiratorias. VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES  Normalmente en reposo no se inspira ni se espira todo el aire que se puede. De ahí que existan distintos volúmenes y capacidades pulmonares:  Volumen corriente (VC):  Volumen de aire inspirado (o espirado) en una respiración normal.  Volumen inspiratorio de reserva (VIR):  Volumen de aire adicional que puede inspirarse después de una inspiración normal.   Volumen espiratorio de reserva (VER):  Volumen de aire adicional que puede espirarse después de una espiración normal.  Volumen residual (VR):  Volumen de aire que permanece en los pulmones después de una espiración forzada al máximo.  No puede medirse con la espirometría habitual.  En el humano adulto joven ≈ 1200 mL  Mantiene los alveolos inflados entre respiraciones y se mezcla con el aire fresco de la siguiente respiración.  Capacidad residual funcional (CRF):  Volumen de aire que permanece en los pulmones después de una espiración normal (cerca de 45 mL/kg). Cada inspiración normal inicia a partir de este volumen.  CRF = VER + VR  Capacidad vital (CV):  Cantidad de aire que puede espirarse con un esfuerzo máximo después de una inspiración máxima.  CV = VIR + VC + VER  Capacidad pulmonar total (CPT):  Cantidad máxima de aire que pueden contener los pulmones.  CPT = CV + VR VENTILACIÓN ALVEOLAR  El aire fluye a través de las vías respiratorias hasta los alvéolos. Sólo en éstos, por su pared delgada y su relación con los capilares pulmonares, se lleva a cabo la difusión de gases.  Volumen corriente (VC):  Volumen de aire inspirado (o espirado) en un ciclo respiratorio normal.  En humanos, reposo ≈ 500 mL  Frecuencia respiratoria (FR):  Número de respiraciones / ciclos respiratorios que ocurren en 1 minuto.  Ventilación minuto (VM):  Volumen de aire inspirado o espirado durante 1 minuto.  Se obtiene multiplicando VC x FR. Puede aumentar si se incrementa el VC, la FR o ambos.  Espacio muerto (EM):  Fracción del VC que no llega a la zona de difusión de gases.  Por ejemplo: en humanos, sólo los primeros 350 mL de los 500 mL inspirados en cada respiración en reposo se mezclan con el aire de los alveolos. Así, en la espiración los primeros 150 mL expulsados corresponden al gas que ocupaba el espacio muerto y los últimos 350 mL corresponden al gas de los alveolos.  La fracción del espacio muerto (EM / VC) varía entre especies: Perro: 0.33 / caballo/vaca: 0.5 – 0.75. INTERCAMBIO ESTRUCTURAS IMPLICADAS NOMBRE GASEOSO Vías respiratorias / de conducción Espacio muerto (cavidad nasal, faringe, laringe, Espacio anatómico tráquea, bronquios, bronquiolos) muerto total NO Espacio muerto (fisiológico) Alvéolos con irrigación deficiente alveolar Fracción del volumen corriente Alvéolos SI que entra en los alveolos  Ventilación del espacio muerto (VEM) o ventilación desechada  Es el volumen de ventilación del espacio muerto por minuto  VEM = EM x FR  Ventilación alveolar (VA):  Volumen de aire que llega a los alveolos en un minuto. Es esencial para el intercambio gaseoso.  Se obtiene así: VA = (VC – EM) x FR  Tiene gran importancia fisiológica, pues es un determinante fundamental de la presión de los gases en los alveolos.  Si aumenta la VA:  Aumenta la incorporación de O2 (↑ presión de oxígeno en los alveolos o PAO2)   Aumenta la eliminación de CO2 (↓ presión de CO2 en los alveolos o PACO2)  Si disminuye la VA:  Disminuye la incorporación de O2 (↓ PAO2)  Disminuye la eliminación de CO2 (↑PACO2)  Naturalmente: VM = VEM x VA  Puesto que el volumen del EM es relativamente constante, los cambios en el VC o la FR modifican considerablemente la proporción de aire que ventila los alvéolos y el espacio muerto: EFECTO DE LOS CAMBIOS EN EL VC Y LA FR SOBRE LA VA (BASADO EN HUMANOS) Situación 1: Situación 2: Reposo aumentando el VC y aumentando la FR y disminuyendo la FR disminuyendo el VC VC (mL) 500 600 200 FR 12 10 30 VM (mL) 6,000 6,000 6,000 EM (mL) 150 150 150 Volumen que llega a los alveolos 350 450 50 en una respiración (mL) VA (mL) 4,200 4,500 1,500  Nótese que la VM es igual en ambas situaciones. Sin embargo, la VA no lo es: una ventilación profunda y lenta produce una VA mucho mayor que una ventilación superficial y rápida.  Los cambios del VC y la FR son importantes en la respuesta al ejercicio y la termorregulación:  Ejercicio:  Puede aumentar tanto el VC como la FR. El volumen de VM es mayor que en reposo (en hombres jóvenes la VM puede alcanzar o superar los 100 L).  La VA también aumenta.  Jadeo  Se presenta aumento de la FR, pero disminución del VC (respiraciones frecuentes pero poco profundas).  Con este cambio, se logra eliminar más calor al aumentar la VEM, pero sin que se presente hiperventilación alveolar.  Frío  Se presenta disminución de la FR, pero aumento del VC (respiraciones menos frecuentes y más profundas).  Con este cambio, se logra aumentar la VA, lo que permite satisfacer el aumento de la tasa metabólica que forma parte de las respuestas al frío. Además se pierde menos calor por evaporación. GLOSARIO Eupnea Respiración normal, relajada y tranquila característica del reposo. Disnea Respiración difícil o dolorosa. Apnea Ausencia o cese de flujo de aire respiratorio nasobucal, por 10 segundos o más. Bradipnea Disminución de la frecuencia respiratoria, por debajo de los valores normales. Taquipnea Aumento de la frecuencia respiratoria, por encima de los valores normales. Polipnea Aumento de la frecuencia respiratoria, con disminución de la profundidad de las respiraciones. Hipopnea Disminución de la ventilación pulmonar, mantenida por más de 10 segundos. Hipoxia Disminución de la PO2 sin especificar el compartimiento. Hipoxemia Disminución de la PO2 en la sangre arterial por debajo de 80 mmHg Hipocapnia Disminución de la PCO2 en la sangre arterial Hipercapnia Aumento de la PCO2 en la sangre arterial Acidosis Trastorno causado por aumento de la PCO2 en la sangre, que conduce a respiratoria una disminución del pH. Alcalosis Trastorno causado por disminución de la PCO2 en la sangre, que conduce a respiratoria un aumento del pH.