FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

Las dos fases de la ventilación, o respiración, son (1) la inspiración, en la que el aire entra en los pulmones, y (2) la espiración, en la que el aire es expulsado de los pulmones. La inspiración se produce cuando los músculos intercostales externos y el diafragma se contraen. El diafragma, normalmente un músculo en forma de cúpula, se aplana a medida que se mueve hacia abajo, mientras que los músculos intercostales externos, situados entre las costillas, levantan la caja torácica. Estas acciones cooperativas aumentan el volumen torácico. El aire entra en los pulmones porque este aumento en el volumen torácico crea un vacío parcial. 

Durante la espiración tranquila, los músculos inspiratorios se relajan, haciendo que el diafragma ascienda y la pared torácica se mueva hacia dentro. Por lo tanto, el tórax vuelve a su forma normal, debido a las propiedades elásticas de los pulmones y de la pared torácica. Como en un globo que se deshincha, la presión en los pulmones se eleva forzando el aire fuera de los pulmones y las vías respiratorias. Aunque la espiración es normalmente un proceso pasivo, los músculos de la pared abdominal y los músculos intercostales internos también se pueden contraer durante la espiración para forzar a que salga más aire de los pulmones. Dicha espiración forzada se produce, por ejemplo, cuando haces ejercicio, hinchas un globo, toses o estornudas. Los movimientos normales de la respiración en reposo mueven alrededor de 500 ml (0,5 litros) de aire (el volumen corriente) dentro y fuera de los pulmones con cada respiración, pero esta cantidad puede variar según el tamaño, sexo, edad, condición física y necesidades respiratorias inmediatas de la persona. En esta actividad medirás los siguientes volúmenes respiratorios (los valores indicados para hombres y mujeres adultos normales son aproximados). Volumen corriente (TV, Tidal Volume). Cantidad de aire inspirado, y a continuación espirado, con cada respiración en condiciones de reposo (500 ml). Volumen inspiratorio de reserva (IRV, Inspiratory Reserve Volume). Cantidad de aire que se puede inspirar a la fuerza después de una inspiración normal del volumen corriente (hombres, 3.100 ml; mujeres, 1.900 ml). Volumen espiratorio de reserva (ERV, Expiratory Reserve Volume). Cantidad de aire que se puede espirar a la fuerza después de una espiración normal del volumen corriente (hombres, 1.200 ml; mujeres, 700 ml). Volumen residual (RV, Residual Volume). Cantidad de aire que queda en los pulmones después de una espiración fuerte y completa (hombres, 1.200 ml; mujeres, 1.100 ml).  

Las capacidades respiratorias se calculan a partir de los volúmenes respiratorios. En esta actividad, calcularás las siguientes: Capacidad pulmonar total (TLC, Total Lung Capacity). Cantidad máxima de aire contenida en los pulmones después de un esfuerzo inspiratorio máximo: TLC = TV + IRV + ERV + RV (hombres, 6.000 ml; mujeres, 4.200 ml). Capacidad vital (VC, Vital Capacity). Cantidad máxima de aire que se puede inspirar y luego espirar con un esfuerzo máximo: VC = TV + IRV + ERV (hombres, 4.800 ml; mujeres, 3.100 ml).  

En esta actividad también realizarás dos pruebas de función pulmonar. Capacidad vital máxima (FVC, Forced Vital Capacity). Cantidad de aire que se puede expulsar cuando el sujeto realiza la inspiración más profunda posible y espira con toda fuerza la fuerza posible y tan rápido como puede. Volumen espiratorio máximo (FEV1, Forced Expiratory Volume). Mide el porcentaje de la capacidad vital que es espirado durante un segundo de la prueba FVC (normalmente entre el 75% y el 85% de la capacidad vital). 

Software utilizado: Software Physioex™10.0  

Equipamiento utilizado: 

• Pulmones humanos simulados suspendidos en una campana de cristal 

• Diafragma de goma: se usa para sellar el vaso y cambiar el volumen, y por lo tanto, la presión en el vaso (a medida que el diafragma se mueve hacia abajo, el volumen en la campana de cristal aumenta y la presión cae ligeramente, creando un vacío parcial en la campana de cristal). El vacío parcial hace que el aire sea succionado por el tubo en la parte superior de la campana de cristal y luego hacia los pulmones simulados. A medida que el diafragma se mueve hacia arriba, el volumen decreciente y la presión creciente dentro de la campana de cristal expulsan el aire de los pulmones). 

• Tubo de flujo de aire ajustable: conecta los pulmones a la atmósfera 

• Osciloscopio 

• Tres patrones de respiración diferentes: volúmenes corrientes normales, volumen de reserva espiratorio (ERV) y capacidad vital forzada (FVC) 

MEDICIÓN DE VOLÚMENES RESPIRATORIOS Y CÁLCULO DE CAPACIDADES 

Radio (mm)	Flujo (ml/min)	TV (ml)	ERV (ml)	RV (ml)	VC (ml)	FEV1 (ml)	TLC (ml)	BPM
5.00	7485	499	---	---	---	---	---	15
5.00	7500	500	1200	3901	4791	3541	5991	15
4.50	4920	328	787	2028	3143	2303	4756	15
4.00	3075	205	492	1266	1962	1422	3781	15
3.50	1800	120	288	742	1150	822	3262	15
3.00	975	65	156	401	621	436	2865	15

Cuadro de resultados 

 

1. Qué músculos actuarían en incrementar los valores del VRE (0.5 ptos) 

Según Guyton, el volumen de reserva espiratoria (VRE), es el volumen adicional máximo de aire que se puede espirar mediante una espiración forzada después del final de una espiración a volumen corriente normal. Durante un proceso de respiración normal, la inspiración se lleva a cabo por la contracción del músculo diafragma, y la espiración se lleva a cabo por el retroceso elástico de los pulmones y de la caja toráxica. Entonces los músculos que actuarían en incrementar los valores del volumen de reserva espiratorio son dos; los intercostales externos y los abdominales.  

Los músculos abdominales incluyen los rectos y los transversos del abdomen y los oblicuos internos y externos. Existen dos movimientos espiratorios, el primero es realizado por los músculos transverso, oblicuo interno y externo, fraccionando hacia dentro de la pared ventral, elevando la presión abdominal. El segundo es realizado por los músculos rectos y oblicuos, tirando del arco costal inferior hacia abajo y hacia dentro. Estos músculos además desarrollan una función facilitadora durante la inspiración. Así, cuando se contraen elongan el diafragma, generando más fuerza durante la inspiración y haciendo que el diafragma almacene energía elástica. Todo ello conlleva un ahorro de energía durante la inspiración. 

 

2. Cuál fue el VEF1% con un radio de 5mm y cuál fue con un radio de 3mm. Explique el resultado. (1 pto) 

 

Volumen espiratorio forzado en un segundo (VEF1): 

 

VEF1%=

FEV1(ml)VC (ml)x100

 

 

Radio (mm)	FEV1(ml)	VC(ml)	VEF1%
5mm	3541	4791	73,9%
3mm	436	621	70,2%

 

Al disminuir el radio, la resistencia aumenta, esto lleva a una disminución tanto de la inspiración como de la espiración, por lo que la capacidad vital se verá disminuida y a la vez el FEV1. Arrojando como resultados para: 

 

• Un radio de 5mm, el VEF1% normal es de 73,9% 

• Un radio 3mm, el VEF1% es de 70,2% 

 

3. Explique por qué los resultados del experimento sugieren que hay un problema pulmonar obstructivo, más que restrictivo ( 0.5 ptos) 

 

• FEV1: es el máximo volumen de aire exhalado en el primer segundo  

• VC: capacidad vital  

 

En los trastornos obstructivos, la CV es normal. Si tomamos como ejemplo al asma, la CV generalmente es normal, sin embargo, la espiración suele ser prolongada y dificultosa, ya que la broncoconstricción al reducirse el radio aumentará la resistencia al flujo de aire. 

 

Entonces, para diagnosticar los trastornos obstructivos, se hace uso de pruebas que mide el índice de espiración, una de esas pruebas es el FEV – volumen espiratorio forzado, en donde se mide el porcentaje de la CV que puede exhalarse durante el primer segundo (FEV1). Si el FEV1, es menor a 80%, significa que hay presencia de enfermedad pulmonar obstructiva, como lo describe Fisiología de Guyton & Hall.  

 

A diferencia de los trastornos restrictivos, donde el volumen y la capacidad se deducen, como por ejemplo la fibrosis pulmonar, la capacidad vital está reducida por debajo de lo normal. Sin embargo, el índice al cual la capacidad vital puede exhalarse de manera forzada es normal, por eso, el FEV1 se puede ver un poco disminuido, pero no significativamente.  

Considerando lo antes mencionado, se puede decir que se trata de un problema pulmonar obstructivo debido a que se va a reducir el radio de las vías respiratorias afectando así la resistencia al flujo de aire. 

 

Actividad N° 2: Espirometría comparativa 

Objetivos: 

1. Entender los términos espirometría, espirograma, enfisema, asma, inhalador, ejercicio moderado, ejercicio intenso, volumen corriente (TV), volumen espiratorio de reserva (ERV), volumen inspiratorio de reserva (IRV), volumen residual (RV), capacidad vital (VC), capacidad pulmonar total (TLC), capacidad vital máxima (FVC) y volumen espiratorio máximo en un segundo (FEV1 ).  

2. Observar y comparar los espirogramas obtenidos de pacientes sanos, en reposo, con los obtenidos de un paciente con enfisema.  

4. Observar y comparar los espirogramas obtenidos de pacientes sanos, en reposo, con los obtenidos de un paciente que sufre una crisis asmática aguda.  

5. Observar y comparar el espirograma obtenido de un paciente asmático mientras sufre una crisis aguda con el registrado después de que el paciente utiliza un inhalador para aliviar su dolencia.  

6. Observar y comparar los espirogramas obtenidos de voluntarios que realizan un ejercicio moderado y un ejercicio intenso 

Introducción  

En esta actividad explorarás los cambios respecto a los volúmenes y capacidades respiratorias normales, cuando se desarrolla una fisiopatología y durante el ejercicio aeróbico, mediante el reclutamiento de voluntarios para que respiren en un espirómetro clásico. El espirómetro es un aparato que mide el volumen de aire inspirado y espirado por los pulmones durante un período determinado de tiempo. Se pueden calcular varias capacidades pulmonares y flujos a partir de estos datos para evaluar la función pulmonar. Con tus conocimientos sobre los mecanismos respiratorios, puedes predecir, documentar y explicar los cambios en los volúmenes y capacidades de cada situación.  

Enfisema. En el enfisema se produce una pérdida significativa del retroceso elástico del tejido pulmonar. Esta pérdida se produce a medida que la enfermedad destruye las paredes de los alvéolos. La resistencia de las vías respiratorias también se incrementa a medida que el tejido pulmonar, en general, se hace más débil y ejerce menos sujeción en las vías respiratorias circundantes. Por lo tanto, los pulmones se vuelven demasiado distensibles y se expanden fácilmente. Por el contrario, se requiere un gran esfuerzo para espirar, porque los pulmones ya no pueden retroceder pasivamente y deshincharse. Cada espiración requiere un esfuerzo muscular notable y agotador, y una persona con enfisema espira lentamente.  

Crisis asmática aguda. Durante una crisis asmática aguda, el músculo liso bronquiolar sufre espasmos y, por tanto, las vías respiratorias se contraen (es decir, reducen su diámetro). También se obstruyen con secreciones de moco espeso. Estos cambios conducen a un incremento significativo de la resistencia de las vías respiratorias. Detrás de estos síntomas hay una respuesta inflamatoria de las vías respiratorias desencadenada por factores tales como los alérgenos (por ejemplo, polvo y polen), cambios extremos de temperatura e, incluso, el ejercicio. Al igual que con el enfisema, las vías respiratorias se colapsan y se cierran ligeramente antes de que se complete una espiración forzada. Por lo tanto, los volúmenes y los valores máximos de flujo están significativamente reducidos durante una crisis asmática.  

A diferencia del enfisema, el retroceso elástico no disminuye en una crisis asmática aguda. Cuando se produce una crisis asmática, muchas personas tratan de aliviar los síntomas usando un inhalador, que atomiza el medicamento y permite su aplicación directa sobre las vías respiratorias afectadas. Por lo general, el medicamento incluye un relajante del músculo liso (por ejemplo, un agonista b2 o un antagonista de la acetilcolina) que alivia los broncoespasmos e induce la dilatación de los bronquiolos. El medicamento también puede contener un agente antiinflamatorio, como un corticosteroide, que suprime la respuesta inflamatoria. El uso del inhalador reduce la resistencia de las vías respiratorias. Ejercicio. Durante el ejercicio aeróbico moderado, el cuerpo humano tiene una mayor demanda metabólica, que se satisface, en parte, por cambios en la respiración. En concreto, tanto la frecuencia respiratoria como el volumen corriente aumentan. Estas dos variables respiratorias no aumentan en la misma proporción. El aumento del volumen corriente es mayor que el de la frecuencia respiratoria. Durante el ejercicio intenso se requieren cambios adicionales en la respiración para satisfacer las demandas metabólicas extremas del organismo. En este caso, tanto la frecuencia respiratoria como el volumen corriente aumentan hasta sus máximos límites tolerables. 

 

Con los valores obtenidos en la práctica, complete el siguiente cuadro y responda: 

Tipo de paciente	TV	ERV	IRV	RV	FVC	TLC	FEV1	FEV1 %
Ejercicio pesado	3650	750	600	1000	---	6000	---	---
Ejercicio moderado	1875	1125	2000	1000	---	6000	---	---
Asma Attack Plus inhalador	500	1500	2800	1200	4800	6000	3840	80%
Ataque agudo de asma	300	750	2700	2250	3750	6000	1500	40%
Enfisema	500	750	2000	2750	3250	6000	1625	50%
Normal	500	1500	3000	1000	5000	6000	4000	80%

 

1. ¿Qué valores pulmonares cambiaron (de los del paciente normal) en el espirograma cuando se seleccionó paciente con enfisema? ¿Por qué estos valores cambiaron? ¿cómo lo hicieron? (2pts) 

Tipo de paciente	TV	ERV	IRV	RV	FVC	TLC	FEV1	FEV1 %
Enfisema	500	750	2000	2750	3250	6000	1625	50%
Normal	500	1500	3000	1000	5000	6000	4000	80%

Cambios:  

• ERV (Volumen de reserva espiratorio): Disminuye de 1500 à 750 ml.  
• IRV (Volumen de reserva inspiratorio): Disminuye de 3000 à 2000 ml.  
• RV (Volumen residual): Aumenta de 1000 à 2750 ml.  
• FVC (Capacidad vital forzada): Disminuye de 5000 à 3250 ml.  
• FEV1 (Volumen espirado máximo en el primer segundo de la espiración forzada): Disminuye de 4000 à 1625 ml. 
• FEV1%: Disminuye de 80 à 50%.  

Según Guyton, el enfisema es el proceso obstructivo y destructivo complejo de los pulmones y se encuentra estrechamente asociado con la pérdida de fibras elásticas en los pulmones.  Lo que ocurre es un retroceso elástico en el tejido pulmonar, lo que impide que el pulmón vuelva a su estado normal luego de la inspiración, esto genera que debido a las pérdidas elásticas el pulmón pueda expandirse fácilmente permitiendo la entra de aire, pero limitándose ya que el órgano no podrá distenderse completamente por la pérdida de elasticidad y a su vez requerirá de un esfuerzo extra para generar la espiración. 

Ahora, ante un aumento en la adaptabilidad pulmonar y una disminución de la fuerza elástica de los pulmones. el ERV disminuye, ya que el paciente no podrá espirar un volumen extra NORMAL, debido a que los pulmones no podrán “regresar” a su estado ‘’normal’’ después de distenderse. Con la misma lógica, se explica la disminución del IRV, donde los pulmones tampoco podrán extenderse normalmente. Entonces, si los pulmones pierden esa característica funcional, también disminuyen los volúmenes antes mencionados, consecuentemente disminuye el FVC, el FEV1 y el FEV1%, ya que son pruebas de función pulmonar que se basan o utilizan los datos anteriores (“ver si están funcionando correctamente”) para poder ser analizados. Sin embargo, el único volumen que aumenta es el residual, debido a que los pulmones no podrán expulsar un volumen de aire normal (ya que no regresan a su forma inicial), dejando mayor cantidad de aire dentro de los órganos, aumentando el volumen residual. 

2. 
   

3. ¿Qué valores pulmonares cambiaron (de los del paciente normal) en el espirograma cuando se seleccionó al paciente que experimentaba un ataque agudo de asma? ¿Por qué estos valores cambiaron como lo hicieron? (2pts) 

Tipo de paciente	TV	ERV	IRV	RV	FVC	TLC	FEV1	FEV1 %
Ataque agudo de asma	300	750	2700	2250	3750	6000	1500	40%
Normal	500	1500	3000	1000	5000	6000	4000	80%

Cambios:  

• Volumen tidal: Disminución 500à300 ml 
• Volumen de reserva espiratorio: Disminución 1500à750 ml 
• Volumen de reserva inspiratorio: Disminución 3000à2700 ml 
• Volumen de residual: Aumento 1000à2250 ml 
• Capacidad vital funcional: Disminución 5000à3750 ml 
• Volumen espirado máximo en el primer segundo de la espiración forzada: 4000à3840 ml 

Los valores pulmonares que cambiaron fueron el TV, ERV, IRV, RV y el FEV1, de los cuales disminuyeron casi todos a excepción de RV que aumentó.  

Según Guyton, podemos decir que la disminución de esos volúmenes se da porque, en el asma, existe la contracción espástica del músculo liso de los bronquiolos, que causa una obstrucción parcial de estos, disminuyendo de esta manera el diámetro de la luz del árbol bronquial, lo cual hace que el aire pase con gran dificultad.  

En primer lugar, se afecta el volumen corriente de aire debido a que el aire está ingresando con dificultad, por lo tanto, la inspiración es más costosa y se verá reducida. Asimismo, a pesar del esfuerzo muscular, el ERV y el IRV se ven disminuidos por la restricción de la cantidad de aire que puede ingresar al pulmón. Cabe resaltar que, debido a una disminución del TV, ERV y el IRV, disminuyó la capacidad vital funcional (FVC), pues esta es la suma de esos tres volúmenes. Por otro lado, observamos que el volumen residual aumenta durante la crisis asmática aguda, esto se debe, según Guyton, a la dificultad para expulsar el aire de los pulmones, es entonces cuando la cantidad de aire que se reserva en el pulmón aumenta. Asimismo, aumenta la capacidad residual funcional, pues esta incluye el volumen de residual. Por último, durante un ataque de asma, las vías respiratorias se contraen, por lo tanto, se reduce el diámetro bronquiolar disminuyendo proporcionalmente el FEV1.  

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:  

• Guyton & Hall. Tratado de Fisiología Médica. 13ava edición. Barcelona: Editorial Elsevier; 2016. 
• Constanzo LS. Fisiología Humana. 6ta edición. Barcelona: Wolters Kluwer, 2019.   
• Stuart Ira Fox. Human physiology. New York, Ny: Mcgraw Hill Llc; 2022. 
• Koeppen BM, Stanton BA. Berne y Levy Fisiología. Barcelona: Elsevier; 2018. 

Fisiología de la tráquea, bronquios y bronquiolos from PaoCris11