Principios generales de la fisica de los gases



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FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

COMPLIANCE.-


Es una medida de la elasticidad de los pulmones y la pared torácica. Su valor expresa el cambio de volumen ( V ) producido por una unidad de variación de la presión ( P ). Se mide en ml/cm H2O o ml/Kpa.
Compliance = Cambio de Volumen ( ml ) / cambio de presión ( cm/H2O o Kpa )
El valor normal es de 0,13 l/cmH2O lo que expresa que cuando la presión alveolar aumenta I cm/H2O, los pulmones se expanden en 130 ml. Los valores elevados de compliance significan que existe poca resistencia elástica en la inspiración con débil fuerza de expulsión durante la espiración debido a destrucción de tabiques alveolares o distensión alveolar. Se encuentra un valor reducido de la compliance en los pacientes con pulmones rígidos ( fibrosis pulmonar, edema pulmonar, etc. ) y en lesiones que ocupan espacio en la caja torácica como neumotórax, hemotórax o situaciones que provocan aumento de la presión intrabdominal.

La compliance se mide registrando el cambio de presión ( P ) producido al insuflar los pulmones con un volumen conocido de aire ( V= Vt ) en un paciente sin actividad respiratoria espontanea. Se pueden calcular diversos tipos de compliance:



Compliance Pulmonar ( C pulm. ) se calcula a partir de la variación de la presión entre el lado exterior del pulmón ( presión intrapleural ) y el lado interior del pulmón. El valor normal es de 0,2 l/cmH2O o 20 ml/Kpa.

Compliance de la Pared Torácica ( C Tor. ) su calculo se realiza a partir de la diferencia de presión existente entre la cavidad pleural y el lado exterior ( presión atmosférica ).

Compliance Total ( C Tot. ) se calcula a través de los cambios de presión pulmonar con relación a la presión atmosférica. Se determina dividiendo el Volumen tidal ( Vt ) por la presión necesaria ( medida en la boca del paciente ) para mantener dicho volumen tidal en el pulmón. El valor normal es de 0,1 l/cm H2O o 10 ml/Kpa.

La relación entre estos diferentes valores de la compliance se expresa por la siguiente ecuación:


1/ C Tot = 1/ C Pulm + 1/ C Tor.
Compliance Especifica : es un método de comparación de la compliance en individuos de diferentes tamaños. Su determinación incluye la medición de la capacidad residual funcional ( CRF ) y se calcula dividiendo la compliance pulmonar por la CRF del paciente. El valor normal es de 0,08 l/cm H2O.

Compliance Especifica = Compliance pulmonar / CRF

En los pacientes ventilados la determinación de la compliance tiene particularidades , pues como la compliance es una medición estática se requiere una detención inspiratoria dentro del sistema para conseguir un efecto de meseta. La compliance determinada por este método de denomina compliance dinámica efectiva ( CDE ). Este valor no tiene la exactitud de una medición de laboratorio, pero permite monitorear los cambios de la compliance que ocurren en los paciente con ventilación mecánica.

CDE= VT/ Meseta de presión ( P2)



Compliance Dinámica .- se determina utilizando la presión pico de las vías aéreas. Su valor no refleja cambios elásticos puros, porque hay flujo de gas y la lectura de altas presiones se debe a la resistencia de la vía aérea.

Compliance Dinámica = Vt/ Presión Pico ( P1)


TENSION SUPERFICIAL


Es la fuerza que existe en la interfase entre 2 líquidos o entre un liquido y un gas, que depende de la atracción entre las moléculas y permite que el liquido en cuestión ocupe el volumen mas pequeño posible, necesitándose entonces una fuerza especifica para provocar la aparición de una gota en la superficie del liquido. Se expresa en dinas/cm.

La tensión superficial tiene importancia en el mantenimiento de la apertura alveolar lo que se expresa en la Ley de Laplace que manifiesta que la presión ( P ) necesaria para expandir los alvéolos esta determinada por el doble de la tensión superficial ( TS ) y el radio ( r ) de los alvéolos.

P= 2TS/r

Todos los alvéolos no tienen un tamaño similar y unos tienen diámetros 4 o 5 veces mayores que otros, por lo que teniendo en cuanta la Ley de Laplace y asumiendo que la tensión superficial permanece constante, los alvéolos mayores se distienden con mas facilidad que los pequeños; sin embargo se conoce que la tensión superficial disminuye cuando el diámetro del alvéolo se reduce, lo que depende de la presencia en el interior de los alvéolos de la sustancia tensioactiva o surfactante.



TRABAJO DE LA RESPIRACIÓN.-

El trabajo se define como el movimiento de un objeto provocado por una fuerza aplicada al mismo.

( Trabajo = Fuerza x Distancia ). En la respiración la presión es utilizada como sinónimo de fuerza mientras que el volumen pulmonar es considerado como la distancia. ( Trabajo = Presión x Volumen ).

La potencia es la velocidad con la cual se realiza el trabajo, de manera que durante la respiración, el trabajo respiratorio es igual a la potencia necesaria para lograr la ventilación. Para que la ventilación se realice efectivamente los músculos respiratorios deben vencer las resistencia que se oponen a la misma, que incluyen:

1.- Resistencias elásticas o compliance del pulmón y tórax ( Trabajo de Adaptabilidad ).

2.- Resistencia Tisular o fuerza viscosa.- es la fuerza necesaria para vencer la viscosidad de las estructuras del pulmón y de la pared torácica. ( Trabajo de Resistencia Tisular ).

3.- Resistencia de la Vía Aérea.- es la fuerza necesaria para permitir el paso del aire a través de la vía aérea hacia los pulmones.

Parte de la energía consumida por los músculos inspiratorios es almacenada en los tejidos elásticos como energía de resistencia elástica, lo que garantiza el trabajo durante la espiración, por lo que mientras mas elevada sea la compliance mayor será la energía disponible para la espiración, la que normalmente no requiere de un trabajo muscular activo, sino que se realiza pasivamente. Por el contrario cuanto mas baja es la compliance mayor será el trabajo y el gasto de energía necesarios para efectuar una respiración profunda, dependiendo la espiración del uso de los músculos respiratorios implicados en la misma. ( Trabajo de Adaptabilidad ).

Al final de la inspiración las vías intratorácicas se hacen mas estrechas causando una mayor resistencia al flujo de gas; para vencer este aumento de la resistencia de las vías aéreas se necesita un gasto de energía en el inicio de la espiración, de forma que las respiraciones rápidas y superficiales requieren de mayor energía para vencer la resistencia de las vías aéreas que las profundas y lentas. ( Trabajo de Resistencia de las Vías Aéreas ).

El trabajo respiratorio utiliza normalmente del 2 al 3 % de la energía total consumida por el cuerpo. Durante el ejercicio intenso el trabajo respiratorio puede incrementarse hasta en 25 veces, pero como también aumenta la producción total de energía, proporcionalmente solo aumenta hasta el 5%. En los individuos sanos el consumo de oxigeno por el organismo es de 250 ml/min de los cuales menos del 5% ( 12,5 ml/min ) se utilizan para la respiración. Cerca del 90% de la energía gastada para el trabajo de la respiración se pierde como calor en las vías aéreas y solo el 10% se utiliza para el movimiento de los gases, lo que expresa una mala eficiencia en el uso de la energía que consumen los músculos respiratorios, que se agrava cuando existen enfermedades pulmonares y cuando aumenta el volumen minuto pulmonar ya que entonces el 5 del oxigeno que se utiliza para el trabajo respiratorio aumenta exponencialmente.

El movimiento de los músculos respiratorios debe vencer la retractibilidad elástica o elastancia

[ Elastancia = Cambio de presión ( P )/ Cambio de Volumen ( V )], la resistencia a la deformación de los tejidos o resistencia viscosa y la resistencia al flujo de gases. La energía que se requiere para vencer la resistencia viscosa es muy pequeña y en la practica no se toma en cuenta, de manera que la resistencia al flujo se considera equivalente al trabajo empleado en el movimiento de gas. El trabajo empleado para vencer la resistencia al flujo ( TRF ) puede calcularse por la siguiente formula:

TRF = 2R (Vt)2 x FR

Donde: TRF= trabajo para vencer la resistencia al flujo. R= resistencia al flujo. Vt= volumen tidal. FR= frecuencia respiratoria.

Entonces el trabajo respiratorio total ( TRT ) se puede calcular a través de la suma de la presión requerida para vencer las fuerzas elásticas ( presiones elásticas ) y el trabajo para vencer la resistencia al flujo.



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