Fisiología Aplicada a Ventilación Mecánica

DR. ARTURO MELGAR PLIEGO
R3 MEDICINA INTERNA
Fisiología Pulmonar
Aplicadaa la VentilaciónMecánica

Objetivos de la Platica
1. Conocer la Fisiología Pulmonar en la VentilaciónMecánica
2. Comprender la importanciade los Volúmenes
3. Comprender las CaracterísticasElásticas del Sistema Respiratorio
4. Comprender las Fuerzas Friccionalesque dificultan el flujo aéreo
5. Conocer la Ecuaciones de Movimiento del Sistema Respiratorio
6. Conocer las Presionesque se requierenpara la inspiración
7. Interpretarcómo operan las Constantesde tiempo y su importanciaen la
programaciónde la VM
8. Comprender los Fenómenosespiratoriosy el mecanismode atrapamiento
aéreo
Ventilación Mecánica, Libro del Comité de Neumología Crítica de la SATI, 2da Edición, 2011, Editorial Panamericana, Capitulo 1, Pagina. 3 – 27 .

 Introducción
Desde El Punto de Vista de Medicina Intensiva
 Un Procedimiento utilizado para sostener la Respiración de modo
transitorio, durante el tiempo necesario.
 Presión Positiva modifica profundamente los mecanismo
fisiológicos que el individuo utiliza en ventilación espontánea
 La decisión de adoptar determinada técnica, será de acuerdo
al conocimiento de la fisiologíay la patologíadel paciente.

 Introducción
 Este conocimiento dirigirá el tratamiento y reducirá las
complicaciones e interacciones adversas entre paciente y el
ventilador
 La filosofía general de la VM tiene el enfoque de mantener los
parámetros fisiológicosnormales a toda costa.
 Y evitar el daño pulmonar inducido por el ventilador

 Introducción
 Recordar los mecanismo fisiológicos y como se modifican bajo la
VentilaciónMecánica, es de suma importancia.
 Modernos Equipos de VM
 que incluyen parámetros fisiológicos de monitorización.
 Desarrolla una Ventaja al clínico para diversas patologías del
paciente critico
 Manejo ventilatorio Ajustado a los cambios respiratorios que
se presentan en diferentes Patologías.

 Ventilación Espontánea /
Ventilación Mecánica con Presión Positiva.
 La Ventilación Mecánica entra cuando esto no se lleva acabo.
 Corregir Hipoxemia = ARDS
 Demanda Excesiva = Shock Cardiogenico
Intercambio
Gaseoso
Seguro
Costo de
Energía
Aceptable

Ventilación Espontánea /

 Objetivos Fisiológicos de la Ventilación Mecánica:
Mejorar el
Intercambio
Gaseoso
Mantener y
Restaurar el
VT
Modificar la
Relación
P/V
Reducirel
Trabajo
Respiratorio
Mejorar la
Oxigenación
Tisular

Primera
Etapa VM
Movimiento
del Gas
Intercambio
Gaseoso
 El Movimiento de gas movilizado en cada ciclo es VT
 Cantidad MezclaGaseosaalcanza espacio alveolar es VA
 La VA es menor que el volumenminuto respiratoriototalVE
 Esto se debe a que parte del VE se desperdiciaen el Espacio Muerto VD

 Es Notoriala gran variabilidadde Demanda Ventilatoriaen diferentesPatologías:
 De pocos litros/minutos en enfermos con retención crónica de CO2
 Mas de 30 l/minen paciente Sépticos.
 La conexión al ventilador modifica las concentraciones de los gases sanguíneos
 Periodos de apnea
 Taquipnea
 Perdida de Sincronía Paciente-Ventilador etc.

 Para la Ventilación Pulmonar se lleve acabo, es necesario vencer la Impedancia
del Sistema, compuesta por:
 Las Variables Dinámicas (fuerzas resistivas)
 Las Fuerzas Estáticas (Propiedades Elásticas)
 La Inspiración, requiere la generación de una presión que tiene dos componentes:
 Trasportar el gas inspirado por la vía aérea
 Otro para insuflar el alveolo

 Este es el punto de equilibrio entre dos fuerzas contrapuestas:
 La tendencia a la retracciónpasiva del pulmón FEP.
 Otra en sentido opuesto de la pared torácica FET.
 Es la causa que la PresiónPleural sea Negativa.
 La magnitud de la Capacidad Residual Funcional
Situación de Reposo del Sistema
Respiratorio a final dela espiración.

 Volumenpulmonar al final de la inspiración
 Suele ser igual que el VR en Individuos normales.
 Para vencer las fuerzas elásticas como a las resistivas,
requerirá:
 Músculos inspiratorios:
Ejercen
Fuerza
Disminución
de la Ppl
Trasmitida al
Espacio
Alveolar
Disminución
de la PA

 La PA sub-atmosférica:
 Genera la diferencia de presión con la presión atmosférica.
 Necesaria para que se establezca el flujo inspiratorio e
ingrese el VT al pulmón.
 La diferencia entre la PresiónAlveolar /PresiónPleural
Presión Transpulmonar

 Una estimación de la Presión Transpulmonar se realiza:
 RemplazandoPA y la Ppl por la medición:
 Vía aéreas y la PresiónEsofágica.
 La disminución inspiratoria de la presión esofágica es
indicativa del esfuerzodel paciente.

 Tanto en VentilaciónEspontanea como en VentilaciónMecánicala Ptp:
 Determinante de la inspiración
 Distensiónde los alvéolos
(es proporcional a su magnitud)
• Genera la Diferencia
de Presión
Transpulmonar
Ptp
Ventilación
Mecánica
• El Paciente genera
la diferencia de
presión
transpulmonarPtp
Ventilación
Espontanea • Ambos generan la
diferenciade
Presiones
Transpulmonares
Ptp
Ventilación
Soporte

Flujo Constante con Pausa
en volumen control
Ventilación Controla
por Presión
PresiónFlujo

Volúmenes Pulmonares
CaracterísticasElásticas del Sistema Respiratorio

 Volúmenes Pulmonares
Características Elásticas del SistemaRespiratorio
 Para que se realiza la Inspiración
 Una de las fuerzas que se debe contrarrestar es:
 Fuerzas correspondiente a las Propiedades
 Elásticas
 Estáticas
 Estas son determinadas por volúmenes y las presiones medidas
en condiciones estáticas (Flujo 0)
Pulmón y Tórax

 El ingreso determinados volúmenesde gas al pulmón.
 Requieren la aplicaciones de ciertas presiones
 Presiones serán Negativas (subatmosféricas)*
 Presiones serán Positivas*
 La Magnitud del cambio de presión necesaria para desplazar
cierto volumen no es igual durante ambas fases del ciclo
respiratorio
 Fenómeno de Histeresis
Se requiereuna presión de distensiónmayor para reclutar alvéolos
en inspiración que la se necesita para evitar su colapso y
mantenerlosabiertos en espiración
Presión
Volumen
VR
Espiración
Inspiración

 Curva P/V
 La rama inspiratoria comienza con un trazado en el que
el ingreso de pequeños volúmenes requiere acentuados
cambios de presión.
 Para luego ser registrado un mayor volumen ante
modificaciones de presiónmenos pronunciadas.
 Esta Patente se observacon mayor frecuencia:
 Síndrome de Disestres Respiratorio Agudo

 A. Tórax
 B Conjunto Tórax – Pulmones
 C Pulmones

 ARDS
 Suelen identificarse un punto definido de cambio de una a
otra porciónde la curva denominada:
 Punto de Inflexióninferior (Pflex).
 Este punto permite conocer el nivel de presión
inspiratoria que se requiere para reclutar alveolos
colapsados
 Ventilar en una porción de la Curva P/V por encima de
(Pflex). En términos de Distensibilidad

 Punto de inflexiónSuperior.
 Esta zona corresponde con volúmenes cercanos a la capacidad
pulmonar total.
 Con Presiones superiores a 30 - 35 cm H20.
 El punto de inflexión superior indica que con más ingreso de
volumen se está produciendo un reclutamiento alveolar
relativamente menor.

Características Elásticas del Sistema Respiratorio

 La Pendiente Curva P/V
 Permite definir la distensibilidad o Compliance del sistema
Respiratorio (Crs).
 Donde: Crs es igual a la AV que representa el cambio de
volumen experimentado en el pulmón y AP es la presión
necesariapara que tal cambio de volumen se produzca.

 La Pendiente Curva P/V
 Presión Necesaria: Para logara la distención de los alvéolos
en cada inspiración tiene relación con el radio de cada
alvéolo y con la tendencia de estos al colapso al final de la
espiración.

 Ley de Laplace:
 T es la tensión superficial del alvéoloque lo induce al colapso
 r es el radio alveolar
 Cuando menor sea el tamaño del alvéolo al comienzo de
la inspiración, mayor presiónde distensiónrequiere

 Crs: Es la relación existenteentre la presióny el volumen.
 Esta propiedad es inherente a la estructura del pulmón y
del tórax
 Esta determinada por la tensión superficial del liquido
surfactante.

 Donde la P mesetaes la PresiónEstática:
 Se mide al fin de una pausa inspiratoria de 0.5 a 1
segundo de duración para permitir el equilibrio, en
ausencia de flujo, de las presiones a fin de la inspiración.
 La PEEP total representa la PEEP aplicada o la auto PEEP
presente.
 Para un VT y un nivel de PEEP determinados, el aumento
de la P mesetaindicará una disminuciónde la Crs.
Crs = _______________
VT
P meseta - PEEP

 Este conocimiento aporta mayor precisión para
el manejo ventilatorio de situaciones en las
que la distensibilidad parietal esta muy
alterada
 Otra manera de expresar las relaciones entre
presiones y volumenes la elastancia (E).
Presión
Esofágica
Calcular
Distensibilidad
Pulmonar
Distensibilidad
ParedTorácica

 La distensibilidad del sistema respiratorio con relación al
volumen pulmonar apto para ser ventilado se denomina
distensibilidadespecifica.
 Si por alguna razón el volumen pulmonar se reduce*, la
distensibilidadestáticase reducirá.
 La distensibilidad especifica puede permanecer relativamente
normal.
 Baby lung
 Se requiere la reducción del VT para evitar alcanzar el
punto de inflexión superior de la curva P/V

PEEP 30 cm H20
PEEP 0 cm H20

 Presión de Cierre Alveolar ó PresiónCríticade cierre:
 Durante la inspiración la PA va disminuyendo a medida
que disminuye el volumenpulmonar
 En presencia de una reducción del volumen pulmonar, en
el momento de las presiones de retroceso elástico
pulmonar superan la Ptp local.
 Se produce colapso alveolar y de las vías aéreas

 Presión de Cierre Alveolar ó PresiónCríticade cierre:
 El volumen que queda en el pulmón cuando se produce
el colapso de vía aérea se denomina volumende cierre
 La presión que se necesita para abrir una alveolo
colapsado es mayor de la que se necesita en el alveolo
NO colapsado

 Fundamentos para la aplicación de terapéutica de presión
 En Sujetos Sanos ventilados los alveolos no llegan a
colapsarse por que el volumen de cierre es menor que la
CFR.
 Pero en pulmones lesionados con perdida de volumen, la
CFR se encuentra por debajo del volumende cierre.

Características Dinámicas del
Sistema Respiratorio
Resistencias de las vías Aéreas

 Características Dinámicas del Sistema Respiratorio
 Para que se genere flujo de un gas, entre dos puntos debe
existir una diferenciade presiones.
 Que superen las Fuerzas Friccionales o no elásticas que se
oponen a él.
 P1 – P2 es la diferencia de presión entre la vía aérea
proximal y los alvéolos.
 R es la resistenciaque se opone al flujo en la vía aérea

 Cuando el Flujo es laminar, a velocidades bajas:
 R varía en forma directamente proporcional a la
viscosidaddel gas inhalada
 Longitud de la vía aérea
 Inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio
de la vía aérea

 Con ello se deduce que la longitud de las vías aéreas y la
viscosidaddel gas inhalado no suelen variar.
 R se modifica fundamentalmente con los cambios de la vía
aérea
SITUACIÓN RESISTENCIA
Pulmón Normal 4 cm H20/L/seg.
SDRA 5 -14 cm H20/L/seg.
EPOC 13-26 cm H20/L/seg.

 En el paciente ventilado inicialmente en modo controlado por
volumen se puede calcular la R inspiratoriacomo:
 Donde Ppico es la presión pico detectada al final del
ingreso del VT en el pulmón.
 P meseta es la presión a flujo 0 medida después de una
pausa al fin de la inspiración.
 Flujo es la que se registra con un patrón de flujo
constante

 Las resistencias de las vías aéreas tiene relación con el
volumen pulmonar debido al efecto ejercido por el
parénquima pulmonar sobre esta.
 Es menor con un Volumen cercano a la capacidad
pulmonar total.
 Y mayor con un volumencercano al volumenresidual.
 El ciclo Respiratoriotambiéninfluye:
 Inspiración es menor (efecto de tracción)
 Espiración es mayor

 Cuando la Espiración se hace activa
 Aumenta las resistencias debido al efecto de compresión
dinámica de la vía aérea, y esto se debe:
Presión Pleural
Aumenta
Trasmite al
espacio
Peribronqueal
Supera la presión
intraluminal y
Elástica Bronquial
Colapso de la Vía
Aérea en donde
no hay cartílago

 El conjunto de fuerzas que se oponen a la inspiración por
pérdida de distensibilidad y/o por aumento de las
resistenciaspuede ser estimado:
 calculando la distensibilidad dinámica del sistema
respiratorio
Crs = _______________
VT
P pico - PEEP

Ecuación de Movimiento del Sistema
Respiratorio
Trabajo Respiratorio

 Ecuación de Movimiento del Sistema Respiratorio
 El gradiente de presiónpara inspirar varía en forma:
 Proporcional a las resistencias (R)
 InversamenteProporcional a la (Crs)
 La presión requerida es la que se ejerce sobre la presión de
base (presión atmosférica o la PEEP)
 Esto se expresa por la ecuación de movimiento del sistema
respiratorio

 Ecuación de Movimiento del Sistema Respiratorio
 El consumo de oxígeno necesario para el trabajo respiratorio,
que normalmente en reposo es de 1-4% del consumo de
oxígeno total.
 Puede alcanzar el 50% en situación con un esfuerzo para
respirar que resulte intolerable.

Constantes de Tiempo
Distribución de Gas intrapulmonar / Atrapamiento Aéreo

 Constantes de Tiempo
 Expiración: es un fenómeno pasivo que normalmente
permite el vaciado de los alvéolos con un retorno al volumen
del reposo del sistemarespiratorio.
 Flujo espiratorio: es provocado por el gradiente de presión
que se establece entre la PA al fin de la inspiración.
(Volumen pulmonar +Fuerzasde retracciónelásticas)

 La presencia del Auto-PEEP:
 Debida al vaciamiento pulmonar incompleto lo que
ocurre cuando esta presente el fenómeno de
hiperinflacióndinámica.
1. Limitación al flujo con aumento de la R durante la
espiración produciendo un colapso dinámico en las
vías aéreas.
2. Cuando el vaciado pulmonar es lento con relación
al tiempo espiratorio. *
 *Esto produce el atrapamiento de aire

 Un nuevo equilibro es debido:
 Aumento del volumenpulmonar al final de la espiración
 Provoca un aumento de la PA
 Aumenta el gradiente de presiónespiratoria
 Posibilita la espiración de un volumen igual al
volumen inspirado (manteniendo una cierta cantidad de
gas atrapado al final de la espiración)
 Auto PEEP: es la diferencia entre la PA y la Presiónatmosférica
 PEEP Externo: es la diferencia entre la PA y la PEEP Programado

 El incremento de la R o la disminución de la presión de
retroceso elástico, harán que se requiera un tiempo mayor
para completar la espiración.
 Esta relación R y Crs, determinante de los tiempo ventilatorio
requeridos se expresa en el concepto de Constante de
tiempo.
 Una constante de tiempo espiratoria prolongada contribuye
al desarrollo de hiperinflacióndinámica.

Constante de
Tiempo elevado
Constante de
Tiempo Reducido
Distensibilidad
Resistencia
Distensibilidad
Resistencia
Constantes de Tiempo: Esquema que muestra una unidad Bronquilo-alveolo
constantes altas y otra con constantes reducidas

 Distribucióndel Gas intrapulmonar.
 Ventilaciónespontánea:
 Las diferencia de la Ppl motivan que los alveolos de
las zonas superiores del pulmón estén expuestos a
una Ptp mayor, y que el volumen de reposo sea
mayor que de las zonas inferiores.
 Este fenómeno contribuye a la correspondencia V/Q
en ventilación espontanea.

 VentilaciónMecánica:
 Módica la distribución del gas debido:
 Posición en decúbito supino
 Existencias de parálisis muscular si las hay
 Magnitud de volúmenes insuflados
 Las variaciones regionales de la R
 Las distensibilidades

Relaciónentre la presiónpleural y el volumenpulmonar en los diferentes puntos del pulmón.
La presión traspulmonar es mayora nivel de las áreas superiores del pulmón

Esquema de Zonas de West de las Relaciones V/Q

 El incremente del VD explica que en determinadas
situaciones no sea posible conseguir una VA adecuada
con normalización del la PaCo2.
 La eficacia del intercambio gaseoso puede mejorar con el
enlentecimiento de la velocidad del flujo al final de la
inspiración

 Como enlentecer la velocidad del flujo al final de la
inspiración:
 Añadiendo pausa con el fin de mantener la inflación
al fin de la inspiración
 Utilizando un flujo inspiratorio desacelerado
 Con ellos promoverá un distribución de gas más
uniforme en presencia de diferencias regionales en la R

 Cuando la falta de homogenidad afecta de manera
predominante a las distensibilidades regionales.
 Tiempos inspiratorios cortos
 Flujo constante
 Resultaran en una mayor uniformidadde la distribución

 Otros Cambios Fisiológicos
 Cambios en el Contenido Venoso de Oxígeno:
 Variaciones en el volumen minuto cardiaco
 Consumo de oxigeno originado por modificaciones del
trabajo respiratorio
 Cambios Hemodinámicos:
 PEEP
 Caída del retorno venoso
 Disminución de la poscarga del ventrículo izquierdo
Robert C Hyzy, MD, Physiologic and pathophysiologicconsequences of mechanical ventilation,Uptodate, Jul 15, 2016

Ventilación
Mecánica
Volumen
Pulmonar Alto
Limita
Volúmenes
Cardiacos
PULMON
Fibras NerviosasSomáticas y
Autónomas
Función Cardiovascular
CambiosFC (Vago)
VT < 10 ml/kg = Suprime tono Vagal = Aumenta FC
VT < 15 ml/kg = Aumenta tono Vagal = Disminuye FC
Supresión Simpática /Vasodilatación Arterial
Disminuye Contractilidad VI
HIPOTENSIÓN

 Gastrointestinales:
 La presión positiva durante más de 48 años es una factor
de riesgo para Hemorragiagastrointestinal
 Disminución de la Perfusión Esplácnica, que se
manifiesta con niveles elevados de Aminotrasferasa
plasmática y lactato deshidrogenasa
 Esofagitis Erosiva, Diarrea, Colecistitis Acalculosa e hipomotilidad*
esofagitis erosiva, diarrea, colecistitis acalculosa e hipomotilidad

 Renal:
 Relacionada a Falla Renal Aguda
 SNC:
 Aumenta la PresiónIntracraneana
 Incremento de la presión intratoracica
 Afecta el flujo venoso cerebral

 Sistema Inmunitario
 Parece inducir la producción de mediadores
Proinflamatorios*.
 Traslocacíon bacteriana al torrente sanguíneo a
nivel de Traquea

 Conceptos Claves
 Para la Ventilación es necesario superar la Impedancia del
sistema respiratorio:
 Variables dinámicas (fuerzas resistivas)
 Variables estáticas(Propiedades elásticas)
 La Inspiración requiere la generación de una presión de dos
componentes:

 Para transportar el gas inspirado a lo largo de la vía aérea
 Para insuflar los alvéolos

 Para Generar el flujo inspirado habrá de establecerse una
diferencia de presión entre:
 La vía aérea superior
 Los Alveolos
 PresiónTraspulmonar (Ptp) = Presión Alveolar - Presión Pleural
 En la respiración espontánea, son los músculos respiratorios los que
generan la presión
 Bajo la VM controlada, el ventilador aplica una presión positiva a la vía
aérea superior
 Con un soporte ventilatorio parcial, los músculos y el ventilador
determinan la presión

 Tanto en Respiración espontanea como en VM, el flujo debe
superar a la R que se opone:
 P1 – P2: diferencia de presiones entre la vía aérea proximal y
los alvéolos
 R: Resistencia que se opone al flujo en la vía aérea.
(90% de la resistencia total)

 Para inspirar se debe contrarrestar la oposición del sistema
respiratorio a sufrir un cambio de forma desde la situación de
reposo, debida a sus características Elásticas.
 Las Propiedades elásticas del pulmón y de la pared torácica son
caracterizadas por la Crs: La presión que es necesario aplicar
para lograr un cambio de volumen

 Distensibilidad especifica: distensibilidad en relación con el
volumen pulmonar apto para ventilar:
 Si el volumen pulmonar se ha reducido (SDRA), el pulmón
remante a ser ventilado tendrá un volumen menor
 La distensibilidad estática se reducirá pero la especifica puede
permanecer normal: se requiere reducir el VT

 Ecuación de movimiento del sistema respiratorio: expresa el
gradiente de presiónque se debe generar para inspirar.
 AV: Variaciones de Volumen Pulmonar
 R: Resistencias
 Se debe adicionar el nivel de PA al fin de la espiración (mayor
que la atmosféricasi hay auto-PEEP.

 Espiración: Fenómeno pasivo generado por:
 Fuerza de retracción elástica
 Volumen pulmonar de fin de la espiración

 La Hiperinflación dinámica con auto PEEP, el vaciamiento
pulmonar incompleto por:
 Cierre de las vías aéreas
 Enlentecimiento del vaciamiento pulmonar con TE insuficiente para
que la PA se equilibre con la presión de fin de espiración
 El TE necesario para que el pulmón alcance el volumen de relación
al fin de la espiración depende de:
Constante de Tiempo = R x Crs

 Reducción del Volumen Pulmonar (SDRA)
 La presión crítica de cierre de las distintas zonas pulmonares: se alcanza cuando:
 Presión de retroceso elástico Pulmonar > Ptp local
 CRF < volumen de cierre
 Consecuencia: Colapso alveolar y de vías aéreas
 Presión para distender alvéolos colapsados > presión para insuflar alvéolos no
colapsados.
 Como resultado: Caída de Crs
 La PEEP contribuye a evitar el colapso alveolar de fin de espiración

 Distribución de Gas Intrapulmonar
 Cambios en distribución:
 De cubito supino, parálisis muscular
 Magnitud de los volúmenes insuflados
 Variaciones regionales
 En la R de la vía Área
 En la C pulmonar y Parietal
 En Ventilación controlada se observa cambios relativos en la ventilación:
 Disminución de le ventilación en zonas dependiente del pulmón
 Cierre de vías aéreas
 Efecto mezcla venosa

 Distribución de Gas Intrapulmonar
 Cambios en distribución:
 De cubito supino, parálisis muscular
 Magnitud de los volúmenes insuflados
 Variaciones regionales
 En la R de la vía Área
 En la C pulmonar y Parietal
 En Ventilación controlada se observa cambios relativos en la ventilación:
 Disminución de le ventilaciónen zonas dependiente del pulmón
 Cierre de vías aéreas
 Efecto mezcla venosa
 Aumento de la ventilación en regiones superiores
 Aumento VD alveolar
 Eventual Sobredistención

 Cambios hemodinámicos
 Modificación del Patrón de Perfusión pulmonar
 Cambios en el contenidovenoso de oxígeno por:
 Variaciones en el volumen minuto cardiaco
 Modificaciones en el consumo de oxígeno
(cambios en el trabajo respiratorio)
 Caída del retorno venoso
 Disminución de la poscarga del ventrículo izquierdo
 Efectos no constantes sobre la disponibilidad de oxigeno

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