MECÁNICA DE LA
RESPIRACIÓN
ALEJANDRO GÓMEZ
RODAS
PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y
LA RECREACIÓN
ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUD
FISIOTERAPEUTA Y KINESIÓLOGO
INSPIRACIÓN
• Músculo más importante: DIAFRAGMA
– Contracción:
• Empuja contenido abdominal hacia inferior y anterior
• Aumenta la dimensión vertical de la cavidad torácica
• Los márgenes costales se levantan y alejan,
aumentando el diámetro transversal del tórax
• Respiración tranquila:
– Nivel del diafragma se desplaza 1 cm
• Inspiración forzada:
– Nivel del diafragma se desplaza 10 cm
• Cuando el diafragma se paraliza asciende
INSPIRACIÓN
• Músculos intercostales externos:
– Contracción:
• Llevan las costillas hacia arriba y hacia delante
• Aumentan los diámetros lateral (asa de cubo) y
anteroposterior del tórax
• Su parálisis no afecta gravemente la respiración porque
el diafragma es muy eficaz
INSPIRACIÓN
• Músculos accesorios de la inspiración:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Escalenos: Elevan las dos primeras costillas
Esternocleidomastoideo: Eleva el esternón
Serrato posterior superior
Elevadores de las costillas
Pectoral mayor y menor
Serrato anterior
Subcostales
Trapecio
Alares de la nariz
• Existe escasa actividad en reposo, durante el
esfuerzo, contracciones enérgicas
ESPIRACIÓN
• Pasiva en respiración de reposo:
– Pulmón y pared torácica elásticas, tienden a
regresar a su posición de equilibrio tras la
expansión en la inspiración
ESPIRACIÓN
• Durante el esfuerzo se contraen:
– Músculos de la pared abdominal:
• Recto abdominal
• Oblicuos internos y externos
• Transverso del abdomen
– ↑ Presión intrabdominal – diafragma empujado
hacia arriba
– Músculos intercostales internos:
• Empujan las costillas hacia abajo y hacia dentro
• Disminuyen el volumen torácico
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• Para que el aire penetre en los pulmones, la
presión en su interior debe hacerse inferior a la
atmosférica, lo que se logra:
– Aumentando el volumen (tamaño) de los pulmones
• La presión de un gas en envase cerrado es
inversamente proporcional al volumen del
envase:
– Si el tamaño del envase cerrado aumenta, la presión
disminuye y viceversa (Ley de Boyle)
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• Por tanto, para producir una inspiración, los
pulmones han de expandirse:
– Se necesita aumento del volumen pulmonar y
reducción de presión al interior para poder
generar inspiración (tarea del diafragma)
• Justo antes de la inspiración:
– La presión intrapleural es 4 mmHg inferior a la
atmosférica (756 mmHg)
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• Cuando el volumen de los pulmones aumenta
(por contracción del diafragma):
– La presión en su interior (presión alveolar) baja de
760 mmHg a 758 mmHg
– La presión intrapleural baja aún más de 756
mmHg a 754 mmHg
• Se crea un gradiente de presión entre
atmósfera y alvéolos produciéndose la
inspiración
FÍSICA DE LA RESPIRACIÓN
• La espiración se efectúa también por un
gradiente de presión:
– Presión en pulmones superior a la atmosférica
– Es un proceso pasivo (respiración tranquila) por:
• Recuperación de fibras elásticas distendidas en inspiración
• Empuje hacia dentro tensión superficial por capa de líquido
alveolar
• Relajación de músculos inspiratorios
• Se reduce dimensión vertical y anteroposterior de caja
torácica
– Disminuye volumen pulmonar y aumenta presión
alveolar a 762 mmHg e intrapleural a 756 mmHg
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Curva presión – volumen:
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• La pendiente de la curva presión – volumen o
el cambio de volumen por unidad de presión
se denomina:
– DISTENSIBILIDAD:
• Es de unos 200 ml/cmH₂O en intervalo normal de
expansión de -5 a -10 cmH₂O
• Con presiones de expansión elevadas, el pulmón es
más rígido como demuestra la pendiente aplanada de
la curva
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Causas disminución distensibilidad:
– ↑ del tejido fibroso pulmonar (fibrosis pulmonar)
– Edema alveolar
• Impide la insuflación de alvéolos
– Para de la ventilación por largo período
– Atelectasia (colapso)
– Aumentos de tensión superficial
– Aumento de la presión venosa pulmonar
• Pulmón se congestiona con sangre
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Causas aumento de la distensibilidad:
– Enfisema pulmonar
– Pulmón sano de mayor edad:
• En ambos casos: alteración del tejido elástico de los
pulmones
– Durante crisis asmáticas sin estar claros los
motivos
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• La presión que rodea a los pulmones es menor
que la atmosférica debido a:
– La retracción elástica del pulmón (tendencia a
volver a su volumen de reposo después de la
distensión)
• Constitución de fibras elásticas y colágeno en:
– Paredes alveolares
– Vasos sanguíneos
– Bronquios
– Tiene más que ver la disposición geométrica de las
fibras que la misma propiedad elástica de las
fibras
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Tensión superficial:
– Las fuerzas de atracción entre moléculas adyacentes de
líquido son mucho más intensas que las fuerzas entre el
líquido y el aire, así:
• La superficie del líquido se hace tan pequeña como le es
posible
• La superficie de una burbuja de jabón al
final de un tubo, se contrae cuanto puede
formando una esfera:
• La esfera ocupará la menor superficie
posible para un determinado volumen
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Tensión Superficial:
– Para oponerse a la fuerza de tensión superficial,
las células tipo II de los alvéolos secretan:
• Surfactante o agente tensioactivo:
– Fosfolípido: dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC)
– Se sintetiza a partir de ácidos grasos extraídos de sangre
y sintetizados en los pulmones
– Su síntesis y recambio es rápida
– Si desparece el flujo sanguíneo en una región pulmonar,
por un émbolo, por ejemplo, desaparece el agente
tensioactivo
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Ventajas del agente tensioactivo:
– Una baja tensión superficial en pulmones
aumenta su distensibilidad, disminuyendo el
trabajo de expandirlo
– Los alvéolos tienen una tendencia inherente a
colapsarse, el agente tensioactivo reduce esta
tendencia
– Contribuye a mantener los alvéolos secos:
• La tensión superficial succiona líquido al interior de los
alvéolos desde los capilares
• El agente tensioactivo disminuye la trasudación de
líquido
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS PULMONES
• Consecuencias de la pérdida del agente
tensioactivo:
– Pulmones rígidos (escasa distensibilidad)
– Áreas de atelectasia
– Alvéolos llenos de trasudado
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES
EN LA VENTILACIÓN
• La presión intrapleural es menos negativa en la
base de los pulmones que en el vértice:
– Por el propio peso del órgano
– Todo lo que se sostiene necesita una mayor presión
abajo que la necesaria arriba
– Así, la presión en la base es mayor (menos negativa)
que en el vértice
– Así, la presión de expansión en la base del pulmón es
pequeña, con un volumen de reposo pequeño:
• Como se sitúa en una parte empinada de la curva presiónvolumen, se expande bien con la inspiración
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES
EN LA VENTILACIÓN
• Diferencia regional en la ventilación:
– Así, la base del pulmón tendrá un mayor cambio
de volumen y un volumen menor que el vértice,
por tanto:
• La ventilación es mayor en la base del
pulmón!!
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES
EN LA VENTILACIÓN
• Con volúmenes pulmonares bajos (tras una
espiración completa), se produce cambio en la
distribución de la ventilación pulmonar:
– Las presiones intrapleurales son menos negativas
– Las fuerzas de retracción elástica son menores
– Siguen existiendo diferencias entre el vértice y la base, a
causa del peso del pulmón
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES
EN LA VENTILACIÓN
• Con volúmenes pulmonares bajos:
– La presión intrapleural supera la presión de la vía
respiratoria (atmosférica): no se expande entonces la base
pulmonar, se comprime y la ventilación se hace imposible
– Se necesita entonces descender la presión intrapleural
para lograr ventilación
– El vértice pulmonar se encuentra en una parte favorable
de la curva presión-volumen y ventila bien:
• Así, con volúmenes pulmonares bajos, la
distribución de la ventilación se invierte!
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES
EN LA VENTILACIÓN
• Cierre de las vías respiratorias:
– La región pulmonar en la base no expulsa todo
el aire:
• Pequeñas vías respiratorias, en región de
bronquiolos respiratorios, se cierran antes,
atrapando aire
• Este atrapamiento sucede con volúmenes
pulmonares muy pequeños, en personas
jóvenes y sanas
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS REGIONALES
EN LA VENTILACIÓN
• Cierre de las vías respiratorias:
– En personas de mayor edad, este cierre sucede
con volúmenes más elevados por:
• Pérdida de retracción elástica
• Las presiones intrapleurales se vuelven menos
negativas, acercándose a la ventilación invertida
• Conduciendo a déficit de intercambio de gases
• Esto támbién se observa en algunos tipos de
neumopatía crónica
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LA PARED
TORÁCICA
• El pulmón es elástico, la caja torácica también!
• Si se introduce aire en el espacio intrapleural,
elevando la presión a atmosférica:
– El pulmón se colapsa hacia adentro
– La pared torácica se dirige hacia fuera
• En situaciones de equilibrio:
– La tendencia del pulmón a retraerse a su volumen
desinflado:
• Se equilibra con la tendencia de la caja torácica a expandirlo
• Como resultado, la presión intrapleural es subatmosférica
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Flujo aéreo por tubos:
– Cuando el aire fluye a través de un tubo:
• Existe diferencia de presión entre los extremos del tubo
• La diferencia de presión depende de:
– La velocidad del flujo
– El patrón del flujo
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• A velocidades bajas:
– Las líneas de la corriente son paralelas a las laterales
del flujo:
• Se conoce como: FLUJO LAMINAR
• A velocidades más altas:
– Aparece inestabilidad, se forman remolinos locales
• Se conoce como: FLUJO DE TRANSICIÓN
• A velocidades más elevadas:
– Se genera completa desorganización:
• Se conoce como: FLUJO TURBULENTO
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• En el pulmón, sistema considerado de rápida
ramificación:
– Es probable existencia de flujo laminar sólo en vías
respiratorias muy pequeñas
– En la mayor parte del árblol bronquial, el flujo es
de transición
– La turbulencia se puede producir especialmente
en la tráquea, sobretodo, con esfuerzo, con
velocidades de flujo elevadas
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Factores que determinan la resistencia de las
vías respiratorias:
– El calibre de los bronquios aumenta por tracción
radial del tejido circundante cuando los pulmones
se expanden
– La contracción de la musculatura lisa bronquial
estrecha las vías respiratorias y aumenta su
resistencia
– Los bronquios de tamaño medio son los que más
contribuyen a la resistencia en la vía aérea
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías respiratorias:
– Así se genere un esfuerzo voluntario para acelerar
el flujo del aire espirado:
• La velocidad del flujo será independiente del esfuerzo
• El flujo espiratorio está poderosamente limitado por el
volumen pulmonar
– La razón del fenómeno es la compresión de las
vías respiratorias por la presión intratorácica
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de
las vías respiratorias:
– Antes de iniciar la
inspiración, todas las
presiones en las vías
respiratorias y en los
alvélolos son atmosféricas:
cero (no hay flujo), con
presión intrapleural de -5
cmH₂O y, por tanto, una
presión de 5 cmH₂O que
mantiene abierta la vía
respiratoria
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de
las vías respiratorias:
– Cuando empieza la
inspiración la presión
intrapleural y alveolar
disminuyen 2 cmH₂O y se
inicia el flujo.
– Por la caída de presión en la
vía respiratoria, la presión en
el interior es de -1 cmH₂O,
quedando una presión de 6
cmH₂O que mantiene abierta
la vía respiratoria
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica
de las vías respiratorias:
– Al final de la inspiración,
el flujo es de nuevo cero
y existe una presión
transmural en la vía
respiratoria de 8 cmH₂O
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Compresión dinámica de las vías
respiratorias:
– Al iniciar la espiración forzada,
tanto la presión intrapleural como
la alveolar aumentan a 38 cmH₂O
– Al iniciar el flujo, cae la presión a
lo largo de la vía respiratoria a 19
cmH₂O, quedando una presión de
11 cmH₂O que tiende a cerrar la
vía, colapsándola
– Así, el flujo espiratorio se vuelve
independiente del esfuerzo
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Patrón de espiración
forzado normal:
– El cociente entre el
volumen espiratoria
forzado en un segundo
(FEV1) y la capacidad
vital forzada (FVC) es
de 80%
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Patrón de espiración
forzada en
enfermedades
obstructivas:
– El cociente entre el
(FEV1) y la (FVC) es de
42%, con disminución de
la (FVC)
RESISTENCIA DE LAS VÍAS
RESPIRATORIAS
• Patrón de espiración
forzada en
enfermedades
restrictivas:
– El cociente entre el
(FEV1) y la (FVC) es de
90% , con gran
disminución de la (FVC)
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• La compresión dinámica de las vías respiratorias
es el mecanismo responsable de:
– El mayor porcentaje de la dificultad respiratoria en los
pacientes con EPOC
– La reducida tolerancia al ejercicio en los pacientes con
EPOC por:
• Incremento en la resistencia de las pequeñas vías aéreas, lo
que lleva a que la presión espiratoria se pierda más
rápidamente desde el alvéolo hasta los conductos aéreos
• La reducción en la retracción elástica del parénquima
pulmonar
• Pérdida de la tracción radial que disminuye el calibre de las
vías aéreas
RESISTENCIA DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS
• De esta forma, la compresión dinámica de las vías
respiratorias:
– Limita el flujo aéreo en personas sanas durante una
espiración forzada
– Esta limitación se da enfermedades pulmonares a
velocidades de flujo espiratorio menores,
disminuyendo posibilidad de esfuerzo
– Se ha reportado durante espiraciones energéticas en
el ejercicio intenso
– Limita el flujo aún más si existe aumento en la
resistencia de las vías respiratorias
– Se aumenta en alteraciones de la tracción radial
(enfisema) provocando cierre mayor de las vías
respiratorias
CAUSAS DE LA VENTILACIÓN DESIGUAL
• La magnitud de la ventilación depende de:
– Distensibilidad pulmonar:
• La limitación en la distensibilidad pulmonar durante la
inspiración produce cambios rápidos en el volumen
pulmonar pero pequeños
– Resistencia de las vías respiratorias:
• Los aumentos en la resistencia de las vías respiratorias
provocan que la inspiración sea lenta y no se alcance el
volumen completo pulmonar antes de que se empiece
a exhalar
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