CICLO VENTILATORIO

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2. clic clic OBJETIVOS La ventilación en reposo se describe como el ciclo ventilatorio y debe entenderse en su forma mas simple, como la relación entre presión pleural (Ppl), presión alveolar (PA) y volumen corriente (Vc ) (VT Tidal volume en inglés) en su relación con el tiempo inspiratorio y espiratorio. . • Se desarrolla la diferencia gráfica entre la forma tradicional de las presiones ventilatorias máximas (Pimax y Pemax), ya que • en Fisiología se propone la medición de presión alveolar ( PA ) o en la boca durante reposo ventilatorio • en aplicaciones clínicas como el Diagrama de Campbell se utiliza la presión pleural ( Ppl ) por la medición con catéter intraesofágico. Se debe relacionar el conocimiento básico con el ciclo ventilatorio en individuos normales y en pacientes obstructivos en la curva de relajación ventilatoria, conocida como relación presión – volumen del sistema ventilatorio . La curva flujo-volumen también se analiza en su ciclo ventilatorio por la graficación del volumen corriente y su comparación con los valores de inspiración y espiración forzadas. Se usa normalmente como una prueba para cuantificar obstrucción de las vías aéreas por medición de los flujos inspiratorios y espiratorios máximos.

3. ASPECTOS FISICOS CICLO VENTILATORIO PRESIONES MAXIMAS CURVA FLUJO VOLUMEN MENU GENERAL

4. clic clic Se realiza un trabajo ventilatorio a fin de ingresar y eliminar el gas en el pulmón. Este trabajo está determinado no sólo por el volumen del gas sino también por las resistencias que se oponen a su movimiento. R E S I S T E N C I A S La resistencia de las vías aéreas o dinámica se analiza en su manera mas simple por la ley de Poiseuille y se considera la variable fundamental en este proceso el radio en su cuarta potencia. R = D P / V R = 8 h l / p r 4 Esta resistencia es la que se halla aumentada en patologías como asma, bronquitis, enfisema y obstrucción de vías aéreas mayores. Laresistencia elásticao la que ofrece el pulmón a su estiramiento está determinada por las características del tejido elástico del intersticio o del alveolo, de la tensión superficial y la acción del surfactante, de la interacción de la estructura elástica de todo el pulmón. La variación de volumen lograda se relaciona con la presión y permite calcular la complacencia . C = D V / D PTP La complacencia disminuida indica una resistencia elástica aumentada y está presente en fibrosis pulmonar, falta de surfactante y otras patologías. MENU 1 de 3

5. clic clic Cuando se trata de cuantificar las variaciones en un elástico que no es lineal, sino tridimensional, como el pulmón, las modificaciones producidas serán de volumen (V) y la acción sobre el sistema elástico se producirá por una fuerza sobre la unidad de superficie, es decir una presión. ( D P ). La resistencia que el sistema elástico opone al estiramiento se define por la relación entre presión y volumen ( D P / DV ), que tiene un significado similar al módulo de Hooke. (Vea la clase Presión, volumen, flujo Aspectos Físicos) SISTEMAS ELASTICOS El problema en Fisiología respiratoria es la medición de las variables adecuadas para la cuantificación del fenómeno elástico producido en el cambio de longitud del sistema (inspiración y espiración ). Lamedición de los cambios de volumenno ofrecen mayores incon venientes aunque deben incluir sistemas fiables y reproducibles y los valores deben ser normalizados por presión barométrica y temperatura. Lamedición de la presiónresponsable del cambio de volumen del pulmón ofrece las dificultades propias de un elástico tridimensional que tiene una presión interna (Presión alveolar) y una presión externa(Presión pleural ). La diferencia entre estas presiones es la responsable de las modificaciones producidas; existen ciertos problemas para su medición que se unen a otras cuestiones reales de interacción de estructuras, de posición corporal, de la presencia de sustancias que modifican las características elásticas. MENU 2 de 3

6. L F L F L F clic clic clic L F L F L F Cuando se realiza el estiramiento de un elástico que no sufre fricción se produce un alargamiento ( L ) proporcional a la fuerza aplicada ( F ). SIN FRICCIÓN El trabajo es igual al producto de la fuerza aplicada por el estiramiento producido ( T = F *Δ l ).Se puede definir un área que corresponde a la sumatoria de ese producto en cada punto y corresponde altrabajo elástico. Al realizar el estiramiento del elástico si además de la resistencia interna sufre un roce externo, para la misma fuerza aplicada en cada punto se alcanzará una menor longitud. CON FRICCIÓN Se puede hallar un área del nuevoproducto entre F y ΔL que define eltrabajo resistivo o por fricción o dinámico Hay dos puntos comunes a ambos procesos que corresponden al inicio y al final, donde no hay movimiento. MENU Vea la clase Presión, volumen, flujo. Aspectos Físicos 3 de 3

7. CICLO VENTILATORIO INSPIRACION ESPIRACION RELACION PRESION VOLUMEN MENU GENERAL

8. clic clic clic +1 PA O -2 Ppl -5 V Elciclo ventilatorioes una forma común de describir las variaciones de presión, volumen y numerosas variables que se grafican en ordenadas : CICLO VENTILATORIO La presión alveolar la presión pleural y elvolumen En abscisas se encuentra el tiempo que habitualmente se presenta como la inspiración y la espiración. Se describe el comportamiento de unpulmón monoalveolar u homogéneoy es una herramienta sumamente útil para comprender los movimientos ventilatorios. Puede completarse añadiendo otras variables. La variable que comúnmente se mide en clínica es el volumen. Para medir la presión pleural se debe colocar un balón en esófago en una posición preestablecida en el tórax. Un equivalente de la presión alveolar se puede obtener en la boca con equipos que interrumpen el flujo periódicamente. Inspiración Espiración MENU 1 de 6

9. clic clic CICLO VENTILATORIO En las condiciones de reposo ventilatorio, al inicio de unainspiraciónla presión en el alveolo es cero , la presión intrapleural es ligeramente subatmosférica y el volumen pulmonar está a nivel de CFR (que suele graficarse como volumen cero) . La contracción de los músculos inspiratorios desplaza los sistemas elásticos de su condición inicial y se genera unapresión pleural mas subatmosférica, la que se mantiene mientras persista la acción muscular. Parte de la energía del proceso queda en el sistema como energía elástica, necesaria para cambiar el volumen del pulmón. Si la energía del sistema es suficiente para reducir lapresión alveolar se producirá el ingreso de unvolumen de gas al pulmón. MENU 2 de 6

10. Lainspiraciónse realiza con un trabajo ventilatorio que debe vencer la resistencias dinámica y elástica y al generar un gradiente adicional de presión entre el alveolo (PA) y la boca (Pbo) se produce el ingreso de gas. Hay parte del trabajo realizado que no se traduce en movimiento de gas y existe en el pulmón como energía elástica, como se vera en las pantallas siguientes clic clic CICLOVENTILATORIO Al producirse la relajación de los músculos inspiratorios se produce en condiciones normales unaespiraciónpasiva o sin contracción de los músculos espiratorios, hasta Capacidad Funcional Residual (CFR). Lapresión pleuralvuelve a los valores subatmosféricos del reposo ventilatorio. Se genera unapresión positiva en el alveolopor la compresión del gas y por la liberación de la energía elástica, acumulada en la inspiración. El gradiente de presión positiva en alveolo y cero en la boca conduce a laeliminación del gas del pulmón. Vea la clase Presión, volumen, flujo. Aspectos físicos MENU 3 de 6

11. clic clic +1 +1 PA PA O O -2 -2 Ppl Ppl -5 -5 V V Inspiración Espiración Inspiración Espiración CICLO VENTILATORIO Es necesario analizar el ciclo ventilatorio a fin de entender la importancia del trabajo ventilatorio necesario para incorporar los volúmenes de gas exigidos por una actividad metabólica normal o incrementada. Se ha definido trabajo como la sumatoria del producto de presión por volumen en cada uno de los puntos que comprende la inspiración; lo mismo es válido para la espiración. Existe un trabajo ventilatorio necesario para lograr el estiramiento del pulmón desde el comienzo hasta el fin de la inspiración, lo que significa vencer la resistencia elástica del sistema. La energía aportada para este proceso no se traduce en ingreso de gas y es responsable de la retracción elástica pulmonar durante la espiración. Para que se produzca el ingreso del gas es necesario que se genere una presión adicional, a fin de vencer la resistencia de las vías al desplazamiento del gas. MENU 4 de 6

12. +1 clic clic clic PA O -2 Ppl -5 V Inspiración Espiración Haypatologías como enfisema, estado de mal asmático, obstrucción de vías aéreas superiores, que aumentan la resistencia de las vías aéreasal desplazamiento del gas. La resistencia elástica puede ser normal o estar disminuida (complacencia aumentada). CICLO VENTILATORIO Se debe entregar una cantidad adicional de energía a este proceso si se desea mantener el volumen de gas incorporado y por su intermedio el mantenimiento de la actividad metabólica del organismo. El aumento del trabajo ventilatorio en las patologías mencionadas es fundamentalmente resistivo, lo que hace necesario un mayor aumento de la presión intrapleural subatmosférica, a fin de compensar la pérdida de energía en los fenómenos de incorporación de gas al pulmón. El trabajo elástico puede estar normal o aún disminuido, debido a la alteración de la estructura elástica en las patologías mencionadas. . La complacencia aumentadadetermina que es menor la energía necesaria para aumentar el volumen pulmonar. MENU 5 de 6

13. clic +1 +1 +1 +1 PA PA PA PA O O O O -2 -2 -2 -2 Ppl Ppl Ppl Ppl -5 -5 -5 -5 V V Inspiración Espiración Inspiración Espiración Inspiración Espiración Inspiración Espiración Se ha mostrado el comportamiento de un pulmón normal. CICLO VENTILATORIO En patologías comola fibrosis pulmonar, la disminución de la producción de surfactante o sustancias tensioactivas, disminución de la complacencia pulmonar estática,hay un aumento de la resistencia elástica y también del trabajo elástico realizado. Para mover el mismo volumen de gas es necesario aumentar la presión pleural, ya que se necesita mayor energía para el estiramiento del pulmón a igual volumen. NORMAL FIBROSIS MENU 6 de 6

14. PRESION DE RELAJACION VOLUMEN CORRIENTE NORMAL JOVEN NORMAL ANCIANO RELACION P-V MENU GENERAL

15. Existe otra manera de graficar el ciclo ventilatorio con la relación entre volumen en ordenadas y presión en abcisas % Capacidad Vital 100 75 50 25 0 clic clic clic -100 -50 0 +50 +100 Presión La distancia exis tente entre las presiones en inspiración normal y la curva dePimaxindica la reserva del individuo para realizar mayores esfuerzos inspiratorios, voluntarios o por requerimientos metabólicos. La presión inspiratoria a partir de cero llega a –5 cmH20 La relajación de los músculos inspi ratorios y la libera ción de la energía elástica pulmonar generan las pre siones positivas o supraatmosféricas, que conducen a la eliminación de gas El volumen se incrementa desde el 25 al 60% de su CV. La presión espira toria positiva llega a +5. La diferencia con laPemaxindica la reserva para reali zar espiraciones activas. ( individuo joven ) VER la clase Relación Presión Volumen en esta hoja web MENU 1 de 3

16. Muchas diferencias se pueden observar en el comportamiento del sistema elástico de un individuo normal anciano con respecto a uno joven. % Capacidad Vital 100 75 50 25 0 clic clic clic clic -40 -20 0 +20 Presión LaPimax a VRparte de valores mayores y alcanza presiones subatmosféricas menores que en un joven. LaPimax a CPTpresenta valores menos subatmosfé ricos pero con poca diferencia. Se puede concluir que los músculos inspiratorios en el anciano tienen menor capacidad de retracción elástica. La curva de relajación del sistema ventilatorio (condición de equilibrio entre pulmón y caja torácica o presión cero) indica la presencia de una CFR a un volumen pulmonar mayor (60%...... de CV en lugar de 35% ) La menor pendiente de la relación presión volumen indica la presencia de una mayor resistencia elástica o una complacencia menor del sistema ventilatorio. Lo desarrollado corresponde alsistema ventilatorio estático, que se diferencia del proceso dinámico con ingreso y…………………………..egreso de gas en forma secuencial. MENU 2 de 3

17. % Capacidad Vital 100 75 50 25 0 clic clic clic clic -40 -20 0 +20 Presión alveolar El Volumen corriente ( Vc ) se genera en condiciones de reposo entre una inspiración y una espiración normal, las que se repiten y se suceden en el tiempo. y el volumen se incrementa desde el 60 al 80% de su CV. La presión inspiratoria a partir de cero llega a -9 La distancia existente entre las presiones en inspiración normal y la curva de Pimax indica que la reserva del individuo anciano normal para realizar mayores esfuerzos inspiratorios está disminuida con respecto al joven. La relajación de los músculos inspi ratorios y la liberación de la energía elástica pulmonar generan las presiones positivas o supra atmosféricas, que conducen a la eliminación de gas. La presión Inspiratoria es mayor que en el joven (-9 y -5) y se logra incorporar un volumen menor (20 a 35% de la CV). La espiración no presenta mayores diferencias, salvo un área menor. El mayor trabajo ventilatorio puede estar generado por una complacencia menor del sistema ventilatorio o porque la ventilación se produce a volúmenes intrapulmonares altos o cercanos a la CPT. MENU 3 de 3

18. Condición de reposo Caja torácica Caja torácica Pulmón Pulmón Sistema ventilatorio Sistema ventilatorio % Capacidad Vital 100 75 50 25 0 clic clic -40 -20 0 +20 +40 Presión Alveolar Relación presión-volumen estática La relación presión volumen delsiste ma ventilatorioen relajación, está determinada por lacaja torácicay elpulmón. Son dos sistemas elásticos que pueden presentar patologías que se necesita a veces explorar por sepa rado para proceder a interpretar y usar el diagrama de Campbell . VER las clases Relación Presión Volumen Diagrama de Campbell MENU 1 de 3

19. Todo lo descrito hasta aquí corresponde a la medición habitual en la época en que se describieron estos fenómenos : la presión en la boca ( Pbo ),que en condiciones de reposo y relajación muscular se correspondería ala presión alveolar ( PA ) % Capacidad Vital 100 75 50 25 0 + clic clic PA PA -40 -20 0 +20 +40 Presión Alveolar Se hace evidente que las relaciones descritas en la relajación del sistema ventilatorio son iguales para una modificación por acción de los músculos respira torios que generan una presión sub atmosférica o de un equipo capaz de generar presiones positivas externas. Pero solo es posible conocer la relación del sistema completo, constituido por la caja torácica y el pulmón en conjunto. Para conocerlas modificaciones del pulmónes necesaria la medición de la PTP ( PA – Ppl ) tema que se desarrollará mas adelante. MENU 2 de 3

20. % Capacidad Vital 100 75 50 25 0 clic clic clic Pbo -40 -20 0 +20 +40 Ppl -40 -20 0 +20 +40 Lacomplacencia estática de la caja torácicatiene igual forma gráfi ca cuando se cambia su volu men por presión positiva externa (midiendoPbo o PA) ) o por inspira ción espontánea(midiendo Ppl) Se realiza normal mente en un individuo con relajación muscular voluntaria o curari zado; en ambos casos se usa, presión positiva externa ENTENDER ESTO ES NECESARIO PARA ABORDAR EL DIAGRAMA DE CAMPBELL Se modifica la graficación de lacomplacencia estática pulmonaral medirlapresión pleural (Ppl)por medio de un balón intraesofágico ( o uso de la presión transpulmonar). MENU 3 de 3

21. CURVA FLUJO VOLUMEN NORMAL JOVEN ANCIANO OBSTRUCTIVO MENU GENERAL

22. Curva Flujo-Volumen individuo joven normal Fry y Haytt (J. Appl. Physiol. 1958, 13, 331) desarrollaron una técnica de estudio de la relación en pulmón entre presión (P), flujo ( V litro/min ) y volumen ( V litro), conocida como Curva Flujo-Volumen . Los fundamentos teóricos desarrollados son realmente firmes y novedosos . 4 4 Flujo + Flujo + 3 ' 3 2 2 ' ' V3 V2 clic clic clic V V4 Presión 4' Flujo 2' 4' 3' 2' 3' Flujo - - . Hay dos soportes físicos teóricos y experimentales • las relaciones flujo-presión a isovolumen demuestran que las vías aéreas en cada volumen pulmonar explorado, alcanza un flujo máximo que no puede ser sobrepasado. Ello permite graficar la curva flujo-volumen sin necesidad de poner las presiones. • Una vez alcanzado el punto de igual presión entre la vía aérea en espiración y la Ppl, el aumento de presión o esfuerzo espiratorio no genera un flujo adicional. Curva flujo-volumen Curva flujo-presión Lo mas común es analizar la curva en espiración forzada para detectar problemas de obstrucción de las vías aéreas. (Ver www.temasdefisiologia.com.ar y www.fisiologiaysistemas.com.ar MENU 1 de 1

23. . Es interesante analizar las relaciones de V, V y P durante la ventilación en reposo o lo que es lo mismo, durante el desplazamiento inspiratorio y espiratorio del volumen corriente. Se refiere a individuo joven normal clic clic Ventilación en reposo Los flujos oscilan entre -0.5 y +0.5 l / s, los volúmenes pulmonares entre 2.2 y 2.7 litros ( 60 y 70% de la CV ) y las presiones intrapleurales varían entre 0 y -5 mmHg De esta manera se describe el ciclo respiratorio de la manera clásica, con presiones intrapleurales subatmosféricas tanto en inspiración como en espiración. El ingreso de gas se genera por la contracción de los músculos inspiratorios y por las presiones intraalveolares subatmosféricas. . La eliminación del gas del pulmón se produce de manera pasiva, por la presión intraalveolar supraatmosférica generada por la retracción elástica pulmonar. Ver www.temasdefisiologia.com.ar www.fisiologiayesfuerzo.com.ar Existen diferencias entre el volumen corriente y la curva de esfuerzo ventilatorio máximo, cuyo valor indica las reservas inspiratorias y espiratorias para generar ventilaciones mayores MENU 1 e 3

24. Ventilación Voluntaria Máxima (VVM) clic clic clic 2 La Ventilación Voluntaria Máxima se logra a través de un patrón espontáneo o prefijado, que supone el aumento máximo del volumen y de la frecuencia ventilatoria, maniobra por la que el paciente produce variaciones de volumen entre el 30 y el 50% de la CV. . Las presiones dependen en parte del esfuerzo realizado y en parte de las características elásticas del sistema y en el gráfico presentado varían entre -60 y +20 mmHg. No podrá normalmente alcanzar los valores de flujos máximos, tanto inspiratorios como espiratorios, por la condicionante del aumento simultáneo de frecuencia respiratoria. Se desarrollará más adelante la diferencia hallada entre el aumento de ventilación por un esfuerzo ventilatorio voluntario y el logrado por un aumento de esfuerzos físicos en individuos normales y obstructivos. Es obvio que cuando los valores del flujo espiratorio e inspiratorio están disminuidos por obstrucción de las vías aéreas, la VVM tiene un valor menor al normal o de predicción del individuo; por ello se ha utilizado durante mucho tiempo esta prueba como un índice orientador de limitación ventilatoria en patología; muestra una gran variabilidad inter e intraindividual, por lo que su validez ha sido cuestionada. MENU 2 de 3

25. 12 10 8 6 4 clic 2 0 2 -2 -4 -6 0 1 2 3 4 5 6 La Ventilación Voluntaria Máxima es una medida muy común para poder estimar la capacidad ventilatoria en un esfuerzo máximo, en cuanto a volumen y frecuencia ventilatoria. Ha sido una estimación muy criticada por la variabilidad individual o de grupos de predicción. En un individuo normal se observa que ni la VVM ni las variaciones producidas durante esfuerzos físicos sobrepasan los flujos máximos de la Curva Flujo-Volumen. Ver www.fisiologiayesfuerzo.com.ar MENU 3 de 3

26. clic clic 12 ANCIANO 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 0 1 2 3 4 5 6 Individuo Normal Anciano La línea azul del gráfico que se ha analizado en pantallas anteriores corresponde a un individuo joven normal. La línea roja corresponde a un individuo normal de mas de 50 años. A título ilustrativo se presentan las ecuaciones para una correlación múltiple ofrecidas por Knudson y col (. Am. Rev. Resp. Dis. 1983, 127, 727 ) y son los valores que se aceptan como normales o de predicción para individuos de ambos sexos con las variables de altura (A ) y de edad (E) . Adulto sexo femenino de menos de 20 años FEP= 0.049 * A + 0.157 * E - 3.916 FEP = 7.6 l s FEM25= 0.139 * A + 0.692 FEM25 = 3.2 l/s Se observa en el individuo anciano una disminución moderada del Flujo Espiratorio Máximo. o Pico (FEP ) La disminución observada es mayor en el Flujo Máximo a 50% de CV intrapulmonar (FEM 50 ) y en el Flujo Máximo a 25% de CV intrapulmonar (FEM 25 ) Se deben conocer las características clínicas de cualquier paciente para interpretar los datos obtenidos de una Curva Flujo Volumen como normales o patológicos MENU 1 de 1

27. 12 10 8 6 e Flujo(l/s) 4 clic clic 2 0 -2 i Flujo (l/s) i -4 -6 0 1 2 3 4 Capacidad Vital (litros) Individuo Obstructivo Se presenta la Curva Flujo Volumen de un individuo normal, como se vió en pantallas anteriores en el trazado con una línea azul, su volumen corriente y la reserva inspiratoria y espiratoria. El individuo con obstrucción de las vías aéreas menores tiene una disminución severa de todos los flujos en el ejemplo mostrado por la línea roja del gráfico. Su Capacidad Vital forzada esta disminuida. El volumen corriente graficado se encuentra modificado en el individuo obstructivo. Se muestra la ausencia de una reserva espiratoria y una reserva inspiratoria mucho menor que lo normal . . Ver www.fisiologiaysistemas.com.ar Capitulo Curva Flujo Volumen MENU 1 de 2

28. 12 10 8 6 clic clic 4 2 2 0 -2 -4 1 2 3 -6 0 1 2 3 4 5 6 Se mostró en las pantallas anteriores que el individuo obstructivo presenta flujos espiratorios máximos dismi nuídos, el volumen corriente aumentado y VVM disminuida. Los flujos máximos durante un esfuerzo superan los de la VVM lo que indica que se presentara una limitación importante, aun desde cargas bajas. A pesar de su importancia diagnóstica no es habitual hacer registros de Curvas Flujo Volumen durante pruebas de esfuerzo. Ver www.fisiologiaysistemas.com.ar Capitulo Curva Flujo Volumen conclusiones MENU 2 de 2

29. CONCLUSIONES Es necesario reforzar los conocimientos básicos que durante mucho tiempo solo fueron descritos en Fisiología y Fisiología básicas, y cuyas variables se median solo en laboratorios de alto nivel de desarrollo tecnológico. Con el paso del tiempo se ha producido una gran capacidad de difusión de equipos para mediciones rutinarias en servicios de complejidad media. Además la atención de los pacientes en Unidades de Cuidado Intensivo con una tecnología cada vez mas avanzada genera la necesidad de abordar conceptos cada vez mas complejos. Graficaciones como el Ciclo Ventilatorio, las Curvas Flujo Volumen, las relaciones Presión Volumen deben ser cabalmente comprendidas no solo en cuanto a conocer los valores a los que se puede acceder, sino en la elaboración de propuestas diagnósticas, cada vez mas fiables. El retraso que muchas veces se encuentra en la aplicación de técnicas novedosas tiene que ver con una separación en los aspectos docentes de Fisiología y Clínica. FIN