Compliance pulmonar de la curva presión-volumen
La mecánica pulmonar es el estudio de las propiedades mecánicas del pulmón y de la pared torácica (que incluye la caja torácica, el diafragma, la cavidad abdominal y los músculos abdominales anteriores). La función principal del pulmón es el intercambio de gases. Para lograr esta función primaria, el aire debe entrar y salir del pulmón. Las propiedades mecánicas del pulmón y de la pared torácica determinan la facilidad o dificultad de este movimiento de aire. La comprensión de la mecánica pulmonar es importante para entender tanto el funcionamiento normal del pulmón como el funcionamiento del pulmón en presencia de una enfermedad, ya que casi todas las enfermedades pulmonares afectan a las propiedades mecánicas del pulmón. Además, la muerte por enfermedad pulmonar se debe casi siempre a la incapacidad de superar las propiedades mecánicas alteradas del pulmón o de la pared torácica, o de ambos. La mecánica pulmonar incluye la mecánica estática (las propiedades mecánicas de un pulmón cuyo volumen no cambia con el tiempo) y la mecánica dinámica (las propiedades de un pulmón cuyo volumen cambia con el tiempo). Ambas se describen en este capítulo.
Curva de presión de relajación para el habla
La resistencia al inflado de los pulmones se clasifica como (1) resistencia elástica y (2) resistencia por fricción. La resistencia por fricción sólo existe en condiciones dinámicas, es decir, cuando el gas se mueve por las vías respiratorias. Sin embargo, la resistencia elástica existe tanto en condiciones dinámicas como estáticas (sin movimiento de aire). Normalmente, los músculos ventilatorios superan fácilmente las resistencias elásticas y de fricción, y el trabajo respiratorio (WOB) es mínimo e infinitamente sostenible.
Los pulmones y la pared torácica (tórax) tienen fuerzas de retroceso iguales pero opuestas que se equilibran exactamente cuando los músculos respiratorios están relajados y no hay flujo de aire; el equilibrio entre estas fuerzas determina el volumen pulmonar en reposo cuando los músculos ventilatorios están relajados. Las características estáticas y dinámicas del sistema pulmonar y de la pared torácica influyen en el volumen pulmonar y en la distribución del gas inspirado en el pulmón. Comprender la mecánica pulmonar-torácica normal es esencial para tratar a los pacientes que necesitan terapia respiratoria.
La elasticidad es la tendencia de un objeto a volver a su forma original después de ser deformado. Estirar un objeto que tiene una gran elasticidad genera una fuerte fuerza de retroceso. El pulmón sano tiene tendencia a retroceder hacia dentro y a separarse de la pared torácica. Al mismo tiempo, el tórax tiene tendencia a retroceder hacia fuera, alejándose del pulmón. Estas dos fuerzas de retroceso opuestas crean una presión subatmosférica entre el pulmón y la pared torácica. La fuerza de retroceso elástica del pulmón es generada por (1) las fibras elásticas y de colágeno del parénquima pulmonar y (2) las fuerzas de tensión superficial de la fina película líquida que recubre los alvéolos. De estos dos factores, la tensión superficial es la que más contribuye a la elasticidad del pulmón.
Explicación de la curva presión-volumen pulmonar
El movimiento del aire dentro y fuera del pulmón está controlado por las propiedades mecánicas del pulmón y la pared torácica. La mecánica pulmonar estática es el estudio de las propiedades mecánicas del pulmón y la pared torácica cuyo volumen no cambia con el tiempo y se trata en este capítulo. La mecánica pulmonar dinámica, que es el estudio del pulmón y la pared torácica en movimiento (es decir, que cambia de volumen), se trata en el capítulo 3 .
La mecánica del pulmón se compone de las propiedades mecánicas combinadas de las vías respiratorias, el parénquima pulmonar, la matriz intersticial (compuesta por fibrina, colágeno y algunas células), la superficie alveolar y la circulación pulmonar. Las propiedades mecánicas de la pared torácica incluyen las propiedades de todas las estructuras fuera de los pulmones que se mueven durante la respiración, incluyendo la caja torácica, el diafragma, la cavidad abdominal y los músculos abdominales anteriores. La interacción entre el pulmón y la pared torácica determina los volúmenes pulmonares, y los volúmenes pulmonares estáticos desempeñan un papel importante en el intercambio de gases y en el trabajo respiratorio. Pueden medirse y son anormales en muchas enfermedades pulmonares.
Aumento de la distensibilidad de la pared torácica
Figura 1. Este gráfico muestra los datos del experimento original de Boyle de 1662, que demuestra que la presión y el volumen están inversamente relacionados. No se indican las unidades, ya que Boyle utilizó unidades arbitrarias en sus experimentos.
La Ley de Boyle es la ley de los gases que establece que en un espacio cerrado, la presión y el volumen están inversamente relacionados. A medida que el volumen disminuye, la presión aumenta y viceversa (Figura 1). La relación entre la presión y el volumen de los gases ayuda a explicar la mecánica de la respiración.
Siempre hay una presión ligeramente negativa dentro de la cavidad torácica, que ayuda a mantener abiertas las vías respiratorias de los pulmones. Durante la inhalación, el volumen aumenta como resultado de la contracción del diafragma, y la presión disminuye (según la Ley de Boyle). Esta disminución de la presión en la cavidad torácica con respecto al medio ambiente hace que la cavidad sea menor que la atmósfera (Figura 2a). Debido a este descenso de la presión, el aire se precipita hacia las vías respiratorias. Para aumentar el volumen de los pulmones, la pared torácica se expande. Esto resulta de la contracción de los músculos intercostales, los músculos que están conectados a la caja torácica. El volumen pulmonar se expande porque el diafragma se contrae y los músculos intercostales se contraen, ampliando así la cavidad torácica. Este aumento del volumen de la cavidad torácica reduce la presión con respecto a la atmósfera, por lo que el aire se precipita hacia los pulmones, aumentando así su volumen. El aumento de volumen resultante se atribuye en gran medida a un aumento del espacio alveolar, ya que los bronquiolos y los bronquios son estructuras rígidas que no cambian de tamaño.
