MECÁNICA RESPIRATORIA

 

Se entiende por mecánica de la respiración tanto los movimientos de la caja torácica y de los pulmones, como los consecutivos cambios volumétricos y de presión producidos en éstos.

La caja torácica está formada por la columna vertebral dorsal, por las costillas y por el esternón. Las costillas se inclinan en su trayecto hacia abajo y adelante y están, en su parte media, ligeramente torcidas hacia adentro.

Las costillas de los primeros 7 pares se articulan directamente con el esternón, en tanto que los pares 8, 9 y 10 disminuyen progresivamente su longitud para unirse con el esternón a través de una formación cartilaginosa. Los pares 11 y 12 terminan libremente (costillas flotantes) y no tienen importancia en el proceso de la respiración. Cada uno de los 7 primeros pares de costillas forman con la vértebra correspondiente y con el esternón un anillo dirigido hacia adelante y abajo.

Tanto la superficie de los pulmones como la cara interna de la caja torácica están cubiertas por la pleura pulmonar y por la pleura parietal, respectivamente. Entre ambas existe un espacio virtual.

Los cambios volumétricos de la caja torácica se producen por la actividad de los músculos respiratorios. Después de una espiración tranquila, no forzada, la caja torácica se encuentra en posición de reposo. La inspiración aumenta su volumen, gracias a la contracción de los diversos músculos respiratorios, y es, por lo tanto, un proceso activo. La espiración se debe a la relajación de los músculos inspiratorios y la elasticidad tanto del tejido pulmonar como la de las diferentes estructuras de la caja torácica. La espiración tranquila es, por lo tanto, un movimiento pasivo, y sólo en condiciones especiales requiere la contracción de los músculos llamados espiratorios.

La inspiración aumenta el volumen de la caja torácica y distiende los pulmones. El aumento del volumen torácico se produce por las contracciones del diafragma, por los movimientos de las costillas y del esternón. La contracción del diafragma aumenta considerablemente el diámetro vertical de la caja torácica, sin modificar sus diámetros anteroposterior y transversal, el aumento de los cuales se debe a la elevación y rotación de las costillas y al desplazamiento hacia adelante del esternón. En la figura 20 se representa en forma esquemática el efecto de la contracción de los músculos intercostales externos sobre la posición de las costillas y sobre el diámetro anteroposterior del tórax. El eje de rotación de las costillas está en la parte cercana a las vértebras.

El descenso vertical del diafragma es de aproximadamente 1.2 cm, magnitud que aumenta considerablemente en las personas entrenadas (atletas). El descenso diafragmático desplaza los órganos abdominales hacia abajo y adelante, produciendo abombamiento del abdomen. Existen, por lo tanto, dos modalidades de aumentar el volumen de la caja torácica: contracción del diafragma que aumenta el diámetro longitudinal y elevación de las costillas que incrementa el diámetro anteroposterior y transversal. En el sexo masculino, la respiración se realiza preferentemente por los movimientos del diafragma, es decir, es de tipo »abdominal«, mientras las mujeres utilizan preferentemente la »respiración torácica«, producida por la elevación de las costillas. Sin embargo, se puede recurrir voluntariamente a cualesquiera de estos tipos de respiración.

El diafragma está en contacto con los pulmones en una extensión de unos 250 cm2 y su descenso durante la inspiración (1.2 cm) produce un aumento del volumen alrededor de 300 ml El volumen de aire que penetra durante la inspiración a los pulmones es unos 500 ml, de los cuales, por lo tanto, el 60% (300 ml) penetra por el descanso del diafraga. En condiciones fisiológicas y en reposo, tanto los movimientos torácicos, como los del diafragma, son capaces separadamente de cubrir los requerimientos mínimos del organismo en 02.

De lo dicho se desprende que los músculos inspiratorios son aquellos que elevan las costillas y entre ellos los más importantes son los intercostales externos. La contracción de las fibras de estos músculos produce la elevación de las costillas con el incremento consecutivo del volumen de la caja torácica, como puede verse en las figuras 21, 22 y 23. Estas demuestran los cambios volumétricos de la caja torácica y de los pulmones, tanto en inspiración como en espiración, en ambos tipos de respiración. La actividad de los músculos intercostales externos y del diafragma asegura el aporte de 02 no sólo en reposo, sino durante un trabajo moderado. Cuando los requerimientos de O2 son todavía mayores, como por ejemplo, durante un trabajo muscular intenso o en condiciones patológicas, entran en actividad los músculos llamados inspiratorios accesorios (serrato posterior, pectoral menor y otros). La espiración es, como ya dijimos, normalmente pasiva y sólo se torna activa cuando la salida del aire está dificultada. En este caso entran en acción los músculos espiratorios

(intercostales internos, rectos abdominales, etc.), que contribuyen a bajar las costillas y a disminuir en esta forma el volumen de la caja torácica. Se puede intensificar la espiración mediante compresión del abdomen (prensa abdominal), que produce el rechazo del diafragma hacia arriba.

Los pulmones siguen pasivamente la distensión de la caja torácica. Las áreas pulmonares periféricas, adyacentes a la pared torácica y al diafragma, se distienden más fácilmente que las porciones centrales, no sólo por su ubicación sino por su mayor riqueza de tejido elástico.

La distensibilidad de la zona central de los pulmones depende principalmente de su estructura histológica. Los bronquios y los vasos sanguíneos ubicados en ella, como asimismo su riqueza en tejido conjuntivo, disminuyen considerablemente su capacidad de expansión.

La zona media, aunque ricamente vascularizada, pero pobre en tejido fibroso, es, por lo tanto, más distensible. La zona externa (de un grosor de 2 a 3 cm) es fácilmente distensible, y es, como ya se señaló, donde se realiza la mayor parte del intercambio gaseoso. Es por esto que una respiración superficial es generalmente suficiente para satisfacer los requerimientos.

Los cambios volumétricos de la caja torácica y la concomitante expansión de los pulmones, modifican tanto las presiones intratorácicas como intraalveolares. En realidad, gracias a estas modificaciones tensionales, penetra y sale el aire de los pulmones, haciendo posible el adecuado intercambio de gases entre aire ambiental y alvéolos. Para comprender el mecanismo de este intercambio es indispensable conocer las presiones de los diferentes gases en el aire ambiental, en el aire alveolar y en la sangre. Como el aire ambiental puede penetrar libremente a través de las vías respiratorias hasta los alvéolos, podría pensarse que las presiones ambientales intraalveolar fuesen iguales en todo momento. No es así, sin embargo, como veremos a continuación. En efecto, durante la inspiración las presiones tanto intratorácica como intrapulmonar disminuyen transitoriamente, los pulmones siguen pasivamente los movimientos de la caja torácica y aumentan por consiguiente su volumen. Tanto el pulmón como las vías respiratorias superiores oponen cierto grado de resistencia a la libre penetración del aire ambiental a los alvéolos. La velocidad de penetración del aire dependerá, por consiguiente, de la distensibilidad de la caja torácica y de la resistencia que las vías respiratorias superiores ofrecen al paso del aire. La inspiración tranquila producida por la expansión torácica disminuye la presión intraalveolar, que se hace 2 a 3 mm de Hg menor que la atmosférica. Esta disminución es suficiente para hacer entrar un volumen adecuado de aire a los pulmones. Durante la espiración, por el contrario, la presión intrapulmonar se hace 2 a 3 mm de Hg superior a la atmosférica, y se expele al ambiente la misma cantidad de aire que penetró con la inspiración. Estas diferencias entre las presiones intra y extrapulmonares se hacen mayores durante la respiración forzada, pudiendo alcanzar en condiciones artificiales, como por ejemplo, durante la respiración con glotis cerrada, hasta 30 a 40 mm de Hg.

Durante la vida intrauterina los pulmones no contienen aire. Con la primera respiración, la caja torácica se expande, la presión intrapulmonar se torna inferior a la presión ambiental y por los mecanismos ya analizados penetra aire a los pulmones. Ni la caja torácica, ni los pulmones, volverán más a su posición prenatal y ambos mantendrán durante toda la vida esta posición de ligera distensión que existe al final de la espiración tranquila y que es llamada posición de reposo. Las fibras elásticas del tejido pulmonar, los vasos sanguíneos y las formaciones perihiliares ejercen una tracción centrípeta que tiende a llevar los pulmones a su posición fetal. Esta fuerza centrípeta no es, sin embargo, suficientemente fuerte como para vencer la rigidez de la pared torácica que opone una fuerza que podría llamarse centrífuga. Debido a estas fuerzas opuestas, se forma entre ambas hojas de la pleura un espacio virtual (espacio intrapleural), en el cual la presión es inferior a la presión atmosférica, y se denomina por esto, aunque impropiamente, presión negativa intratorácica. Durante el desarrollo, la caja torácica crece más rápidamente que los pulmones, pero como los pulmones se mantienen adosados a la pleura parietal, su distensión aumenta gradualmente hasta que cesa el crecimiento de la caja torácica. La mayor distensión pulmonar así producida, aumenta la fuerza de retracción de las fibras elásticas del tejido pulmonar y consecuentemente la negatividad de la presión intratorácica. Esta presión al final de una inspiración tranquila es de unos 3 a 4 mm de Hg menor que la presión atmosférica.

La penetración accidental o terapéutica de aire al espacio intrapleural (condición que se conoce con el nombre de neumotórax), disminuye la negatividad de la presión intratorácica y cuando ésta se hace igual o superior a la presión atmosférica, se impide el intercambio de aire ambiental con el de los alvéolos.