FISIOLOGIA RESPIRATORIA

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1. ANATOMIA Y FISIOLOGÍA PULMONAR Diego Escarramán Martínez Departamento Anestesiología Hospital de Especialidades “La Raza” Maestro en Ciencias de la Salud e Investigación Miembro de Sistema Nacional de Investigación Estudiante Ingeniería Física Grupo de ventilación AVENTHO-Anestesia
2. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN 1.- Membrana alveolo - capilar CO2 CO2 CO2 O2 O2 O2 O2 CO2 CO2 a) 0.2 - 0.3 μm b) Superficie de 50-100 m2 c) Aproximadamente 500 - 600 millones de alvéolos
3. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN 2.- Flujo aereo a) Zona de conducción = bronquios (cartílago) ➜ espacio muerto b) Zona de transición = alveolos (músculo liso) ➜ respiración Conducción Transición y respiración 0 1 2 3 4 6 16 Traquea Bronquios Bronquiolos Bronquiolos terminales 17 18 19 20 21 22 23 Bronquiolos respiratorios Conductos alveolares Alveolos
4. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN 2.- Resistencia 0 0 5 10 15 20 23 100 200 300 400 500 Generación de la vía respiratoria Área transversal total (cm2) Zona de conducción Zona respiratoria Bronquiolos terminales Principal zona de resistencia = tráquea Resistencia = R1 + R2 + R3 Resistencia = 8 + 8 + 8 Resistencia = 24 Resistencia = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 Resistencia = 1/8 + 1/8 + 1/8 Resistencia = 0.12 + 0.12 + 0.12 Serie Paralelo Resistencia = 0.36
5. VOLUMENES Y CAPACIDADES Definición Capacidad Volumen corriente (VT) Volumen movilizado en un respiración normal 500ml Volumen de reserva inspiratorio (VRI) Volumen inspiratorio que se puede movilizar tras una respiración normal 3,000ml Volumen de reserva espiratorio (VRE) Volumen que se puede movilizar tras una espiración normal 1,100ml Volumen residual (VR) Volumen que queda tras una espiración forzada 1,200ml Capacidad vital VRI + VT + VRE 3,000ml + 500ml + 1,100ml 4,600ml Capacidad residual funional VRE + VR 1,100ml + 1,200ml 2,300ml Capacidad inspiratoria VT + VRI 500ml + 3,000ml 3,500ml Capacidad pulmonar total VRI + VRE + VT + VR 3,000ml + 1,100ml + 500ml + 1,200ml 5,800ml Capacidad residual funcional (total de O2 ) 2,300ml * 0.21 (FiO2 ) 483ml de O2 aproximadamente
6. VENTILACIÓN Ventilación minuto (Vm) Volumen de aire fresco que entra en la zona respiratoria cada minuto Frecuencia respiratoria * volumen tidal 15 respiraciones * 500ml 7,500ml Espacio muerto anatómico (Vd) 150ml Volumen alveolar (Vol) Vol tidal - espacio muerto 500ml - 150ml 350ml Ventilación alveolar (VA) Vol alveolar * frecuencia respiratoria 350ml * 13 resp x min 4,550ml O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2
7. FECO2 x VT = (FICO2 x VdCO2 ) + (FACO2 x VolA) ESPACIO MUERTO FISIOLÓGICO Definición FECO2 Fracción espirada mixta de dióxido de carbono FICO2 Fracción inspirada de dióxido de carbono FACO2 Fracción alveolar de dióxido de carbono VT Volumen tidal VdCO2 Volumen del espacio muerto VolA Volumen alveolar Espacio muerto fisiológico Corresponde a las áreas del pulmón que cuentan con ventilación, pero no cuentan con perfusión (no participan del intercambio gaseoso). Su valor es de 0.2 - 0.35 aproximadamente Ecuación de Böhr (Vd/VT) Cualquier volumen medible de CO2 presente en el gas espirado, debe proceder de los alveolos ventilados y perfundidos. FECO2 x VT = (FICO2 x VdCO2 ) + (FACO2 x VolA) FECO2 x VT = FACO2 x VolA FECO2 x VT = FACO2 x (VT - Vd) FECO2 x VT = (FACO2 x VT) - (FACO2 x Vd) FACO2 x Vd = (FECO2 x VT) - (FACO2 x VT) Vd/VT = (FACO2 - FECO2 ) / FACO2
8. LEY DE FICK Presión 1 Presión 2 Area (A) Grosor (T) Ley de Fick El índice de transferencia de un gas a través de una membrana es directamente proporcional a su superficie y Δpresión parcial del gas a ambos lados e inversamente proporcional al grosor de la membrana. J = - DA (P2 -P1 ) T2 - T1 J = - DA ΔC ΔT Definición D Coeficiente de difusión A Area trasversal ΔC Delta de concentración ΔT Delta de distancia
9. DIFUSIÓN DEL OXÍGENO Oxigeno se combina con hemoglobina, pero es menos afín que CO2 = ˢ presión parcial cuando el O2 entra en hematíe es mucho mayor que el que se produce con el mismo número de moléculas CO2. * En situaciones normales difusión de O2 está limitada por perfusión * En situaciones anormales (engrosamiento de membrana alveolo capilar) estará limitada por difusión 0 0.25 0.50 0.75 50 100 Tiempo en capilar PaO2 mmHg Normal Alterada Muy alterada Esfuerzo
10. RESISTENCIAS PULMONARES Circulación pulmonar Circulación sistémica Localización Presión media Localización Presión media Arterial pulmonar 15mmHg Aorta 95mmHg Comienzo del capilar 12mmHg Comienzo del capilar 35mmHg Final del capilar 9mmHg Final del capilar 15mmHg Aurícula izquierda 8mmHg Aurícula derecha 2mmHg Presión Driving 15 - 8 = 7mmHg Presión Driving 95 - 2 = 93mmHg 2mmHg 15/2mmHg 8mmHg 100/25mmHg 15/8mmHg Capilar 12mmH 8mmH 30mmH 10mmH Las resistencias vasculares pulmonares son mas bajas que las resistencias vasculares sistémicas = 55 dynas*s*cm Resistencias = P2 - P1 flujo ΔP flujo Sistémicas RVS = (PAM - PVC / GC) x 79.92 RVS = (95 - 2 / 4) x 79.92 RVS = (93 / 4) x 79.92 RVS = 23.25 x 79.92 RVS = 1,858dynas*s/cm5 Pulmonares RVP = (PMP - PC / GC) x 79.92 RVP = (15 - 8 / 4) x 79.92 RVP = (7 / 4) x 79.92 RVP = 1.75 x 79.92 RVP = 140dynas*s/cm5
11. RESISTENCIAS PULMONARES Distensión Reclutamiento Si ↑ presión arterial / venosa pulmonares = ↓ RVP
12. PRESIÓN TRANSMURAL Presión interna Presión externa Ptm = Dist ∫ (ΔP) dt CAPILARES PULMONARES b) Vasos extra-alveolares = parénquima pulmonar, determinados por volumen pulmonar y presión pleural. Presión intrapleural “tira” de los vasos = mantiene abiertos a) Vasos alveolares = expuestos a presión alveolar, determinado por Ptm Alveolos expandidos comprimen vasos alveolares 0 100 150 200 60 80 100 Volumen pulmonar (ml) Resistencias vasculares (cmH2O/lit/min) 120 Vasos extra-alveolares Vasos alveolares A ↑ volumen pulmonar ↑ compresión de vasos alveolares = ↑ resistencia ↑ apertura de vasos extra alveolares = ↓ resistencia
13. FLUJO SANGUÍNEO 0 0 15 25 50 100 Distancia hasta el pulmón Flujo sanguíneo / unidad de volumen 150 5 10 20 0 Base Vértice Flujo sanguíneo Disminuye directamente con la distancia a base pulmonar / vértice. * Δdistancia = 30cm * Δpresión = 23mmHg Modelo gravitatorio - Zonas de West Ejemplifica relación ventilación - perfusión Presión externa Presión interna P1 P2 Presión externa Presión interna P1 P2 Zona 1 PA > Pa > Pv Zona 2 Pa > PA > Pv Zona 3 Pa > Pv > PA
14. VENTILACIÓN - PERFUSIÓN 40 60 80 100 120 140 20 40 60 PO2 mmHg PO2 mmHg PCO2 mmHg Relación entre la ventilación alveolar y el flujo circulatorio pulmonar por unidad de tiempo (un minuto) Normal 0.8 - 1 O2 = 40 CO2 = 45 O2 = 100 CO2 = 40 O2 = 150 CO2 = 0 O2 = 150mmHg / CO2 = 0mmHg Normal Disminución VA/Q Aumento VA/Q 0 ∞
15. CIRCULACIÓN LINFÁTICA Se basa en Ley de Starling Salida de liquido = K [(Pc − Pi ) − σ (πc − πi )] Definición K Coeficiente de filtración Pc Presión hidrostática capilar 7 mmHg Pi Presión hidrostática intersticial 8 mmHg σ Coeficiente de reflexión πc Presión oncótica capilar -28 mmHg πi Presión oncótica intersticial 14 mmHg Fuerza neta salida = Pc + Pi + πi Fuerza neta salida = 7mmHg + 8mmHg + 14mmHg Fuerza neta salida = 29mmHg Fuerza neta entrada = πc Fuerza neta entrada = -28mmHg Fuerza media de filtración = ≈ 21mmHg Hidrostática +7 Oncótica -28 Hidrostática +8 Oncótica +14 Capilar Intersticio Fuerza neta +1
16. PERFUSIÓN Presión inspirada de oxígeno (PIO2 ) PIO2 = (Presión barométrica - Presión vapor de agua) * FiO2 PIO2 = (760mmHg- 47mmHg) * 0.21% PIO2 = 713mmHg * 0.21% Presión alveolar de oxígeno (PAO2 ) PAO2 = PIO2 - (VO2 ) K x VA PAO2 = 150mmHg - 250ml 0.001315 x 4,550 PAO2 = 150mmHg - 250ml 5.98 PAO2 = 150mmHg - 41.8 PIO2 = ≈150mmHg PAO2 = 108.2mmHg ≈ 100mmHg Definición PIO2 Presión inspirada de oxígeno VO2 Consumo metabólico de oxígeno = 250ml K Constante (1 / presión barométrica) = 0.001315 VA Ventilación minuto 50 100 150 Atmosfera PO2 mmHg Mitocondria Aire Gas Capilar Arteria Tejido Difusión Cortocircuito <10%
17. DIFUSIÓN Aurícula y ventrículo derecho Aurícula y ventrículo izquierdo PO2 = 40 PCO2 = 46 Arteria pulmonar Venas sistémicas Vena pulmonar Arterias sistémicas PO2 = 100 PCO2 = 40 P O2 = 105 /PCO2 = 40 PO2 = 40 PCO2 = 46 PO2 = 100 PCO2 = 40 Alveolo Capilar Cortocircuitos Mezcla de sangre venosa + arterial = ˣ [O2 ] a) Venas de Tabesio b) Arterias bronquiales
18. CURVA DISOCIACIÓN DE HEMOGLOBINA Curva disociación de hemoglobina La PO2 al 50% de la saturación suele ser 27mmHg Determinantes Temperatura 2-3 difosfoglicerato Iones hidrogeno Presión dióxido de carbono Derecha = Efecto Bohr ˢ Temperatura ˢ 2-3 difosfoglicerato ˢ iones hidrogeno (ˣ pH) ˢ presión dióxido de carbono Izquierdo = Efecto Aldane ˣ Temperatura ˣ 2-3 difosfoglicerato ˣ iones hidrogeno (ˢpH) ˣ presión dióxido de carbono 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 6 10 14 18 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Saturación de hemoglobina (%) PO2 Punto inflexión inferior Pendiente ΔPO2 / ΔSpO2 Meseta
19. MUSCULOS Inspiración Diafragma ˢ eje vertical (inervado C3 -C4 -C5 ) Intercostales externos Empujan costilla abajo y adelante = ˢ eje lateral Escalenos Elevan dos primera costillas Esternocleidomastoideo Eleva esternon Espiración Rectos abdominales Oblicuos Trasverso Desplazan diafragma arriba = ˢ presión intrabdominal Intercostales internos Desplazan costilla abajo y adentro
20. Inspiración PRESIÓN TRANSPULMONAR Propiedades mecánicas del pulmón Distensibilidad = ΔV / ΔP = capacidad de deformación Elastancia =. ΔP / ΔV = capacidad de regresar a su estado basal Paw (cmH2 O) Volumen (ml) PIP Volumen tidal Reclutamiento Zona de seguridad Sobredistensión Espiración ΔP ΔV
21. PRESIÓN TRANSPULMONAR Ptp = presión alveolar - presión pleural Ptp = 0 - (-8) Ptp = 8cmH2 O Espiración Inspiración 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -8 -7 -6 -5 +5 -5 0 0 +1 -1 Volumen (l) P. Intrapleural (cmH2 O) Flujo (l/s) P.alveolar (cmH2 O) Finalinspiración = -1 - (-8)= -7cmH2 O Finalespiration = 1 - (-5) = 6cmH2 O
22. SURFACTANTE Neumocito tipo 2 Neumocito tipo 2 Neumocito tipo 2 Surfactante 80% fosfolipidos Dipalmitoilfosfatidilcolina 8% Lipidos 12% proteínas
23. TENSIÓN SUPERFICIAL Interfase Aire/Agua Fase Acuosa Con surfactante Sin surfactante Fuerza que tiende a hacer que la superficie se contraiga, igual que una burbuja de jabón que quiere hacerse más pequeña
24. PRESIÓN CRITICA DE CIERRE Tensión superficial (γ) Trabajo asociado con el aumento o cambio del área de contacto interface de dos fluidos. γ = energia / area de superficie Depende de longitud (términos escalaras) Ley de Laplace Relaciona el cambio de presiones en la superficie que separa dos fluidos de distintas naturalezas con las fuerzas de linea debidas a efectos moleculares. ΔP = 2T / r Flujo Presión arterial pulmonar Presión venosa pulmonar Vaso alveolar Vaso extra alveolar Presión pleural Presión alveolar Presión intravascular Integra la relación entre los vasos alveolares y extra - alveolares, así como las presiones que influyen en su apertura y colapso
25. LEY DE LAPLACE Radio = 0.05cm Tensión = 50 dinas/cm2 Radio = 0.025cm Tensión = 50 dinas/cm2 ΔP = 2T / r ΔP = 2 x 50 / 0.05 ΔP = 100 / 0.05 ΔP = 2 x 50 / 0.025 ΔP = 100 / 0.025 ΔP = 2,000dinas/cm2 ΔP = 4,000dinas/cm2
26. PERIOPERATIVE PULMONARY ATELECTASIS: PART I. BIOLOGY AND MECHANISMS Zeng C. Anesthesiology. 2022 Jan 1. PMCID: PMC9869183 Pleura viceral Bronquiolo Pared alveolar P0 = Ppl P0 = Ppl P0 = Ppl F0 F0 F0 F0 Pi = Palv Pi = Palv Fi Fi Fi Fi Fi Fi P0 = Palv P0 = Palv P0 = Palv Pi = Palv Pi = Palv Fw Fw Fw Pi = Palv P0 = Palv Ptm = (Pi ) − (Po ) = Presión transmural Net tethering stress = (∑ Fo A ) − (∑ Fi A ) Palv − Ppl = ∑ A pl Fi A = pleura viceral (Pi − Po ) + (∑ Fo A ) − (∑ Fi A ) − Pw = 0 = alveolos Fi tracción hacia adentro Fo tracción hacia afuera Fw fuerza colapsante Palv presión alveolar Pi presión interna Po presión externa Ppl presión pleural
27. CONTROL DE LA RESPIRACIÓN Mantener un adecuado equilibrio: O2 , CO2 , pH Control: neuronal y químico 1.- Dorsal a) Localización: porción dorsal de medula b) Nucleo: tracto solitario c) Función: si se estimula (inspiración) 2.- Centro pneumotáxico a) Localización: porción superior de la protuberancia b) Nucleo: parabraquial c) Función: control de patrón respiratorio, limita inspiración 3.- Centro espiratorio a) Localización: porción anterior de medula b) Nucleo: ambiguo y retroambiguo c) Función: inspiración y espiración, principalmente control de espiración 4.- Centro apnéustico a) Localización: porción baja de la protuberancia b) Función: Descarga impulsos estimulantes al centro inspiratorio = inspiración; recibe impulsos inhibidores del centro neumotáxico y receptores de estiramiento del pulmón; descarga impulsos inhibidores al centro espiratorio