Fisiología del Sistema Respiratorio
Sistema Mecánico Tórax- Diafragma- Abdomen en el Prematuro Klgo. Patricio H. Figueroa A. HCFB
Mecánica del Sistema Respiratorio Neonatal • La salida del feto al mundo exterior sería el acontecimiento más cataclísmico de su vida • Los fetos mamíferos están evolutivamente adaptados para tal beneficioso evento
Mecánica del Sistema Respiratorio Neonatal • Adaptaciones: – Suturas craneales capaces de cabalgarse – > Elasticidad de los tejidos – Parrilla costal deformable
• Beneficios: – Poderoso estimulo táctil – Estrujamiento del tórax que elimina gran parte del líquido pulmonar – Efecto hipoxémico e hipercápnico
Respiración Fetal • Existen movimientos respiratorios rápidos e irregulares→ mueven escasos ml. de líquido • Durante la última mitad de la gestación, el 70 % del tiempo se ocupa en movimientos del tórax a frecuencias entre 40-70 rpm. • La respiración fetal ↑con el ↑CO2
Fisiología de la Primera Respiración • Al nacer el pulmón está lleno de LP hasta aprox. 40% de su CPT. • Parte del LP se elimina durante el paso por el canal vaginal. • El resto disminuye la fuerza requerida para obtener la dilatación pulmonar. • La primera respiración genera elevadas presiones de la VA (30-50 cm H2O) • Luego de varias respiraciones se alcanza la CFR normal
Capacidad Residual Funcional (CRF) durante la primera respiración • CRF ↑ con la ↓ resistencia de la VA al nacer • Al ↑ CRF la Cp también ↑ • En RNPT la CRF cercana al volumen residual por: – Cp muy ↓ – ↑ resistencia VA – Distorsión costal
FUNCIONALIDAD DEL SR DEPENDIENTE DEL SISTEMA TDA • Todos los mamíferos maduros requieren para esta función: • Un intercambiador de gas (unidad a-c) • Una bomba (parrilla costal y Músc. Resp.) • Un controlador dinámico de la bomba (controladores neurales y químicos de la respiración) • Un reservorio de gas (CRF) que permita la HGS
…“La CRF como Piedra Angular en el Enfoque Terapéutico en STDA inmaduros o inestables”
Capacidad Residual Funcional (CRF) • Se define como el equilibrio entre las fuerzas del pulmón que tienden al colapso y la tendencia natural de la parrilla costal en aumentar sus diámetros • O…El balance pasivo estático de las fuerzas contrarias entre el pulmón y la parrilla costal
CRF= VR +VRE
VolĂşmenes y capacidades www.puc.cl
Capacidad Residual Funcional (CRF) • Se define como el balance pasivo entre las fuerzas del pulmón y la parrilla costal
= Cw/Cp • Función: Reservorio de gas = HGS • La CRF depende de la madurez del sistema T-D-A como también de acción muscular intercostal y del diafragma
Cw/Cp = genera Ppl Fuerza de tracción de la PC, que tiende a la expansión…(Cw)
Siempre y cuando el sistema tórax-diafragmaabdomen esté maduro…
Fuerza de tracción del Parénquima pulmonar que tiende al colapso… (Cp)
Ambas fuerzas contrarias generan P(-) intrapleural
Cuando algún componente se encuentra disfuncional la generación de presión intrapleura se altera…
CR
Cw/Cp Genera P(-) intrapleural (+) Contracción diafragmática
(+)
Ingreso de vol gas Intraparénquima
Genera CRF Intercambio de gases HGS
Rol de la CRF • Reduce el gasto energético de los músculos respiratorios • Minimiza el el trabajo de la respiración • Optimiza la compliance del sistema • Mantiene un reservorio de gas necesario para la HGS
CRF La CRF depende de: • Madurez o inmadurez del Sistema TóraxDiafragma-Abdomen • Maduración del Sistema de Control Vagal • Estrategias Ventilatorias • Vectores patológicos que deterioran alguno de sus componentes
< tonicidad Musc. intercostal
Control Vagal Pulmonar Disfuncional
Inhibición Refleja en sueño REM > % condrocitos
Pérdida Balance Pasivo Estático
↓ CRF cercana al Vr
Cp ↓↓
Patologías que ↓ Cp Patologías que ↓ la Tonicidad muscular
Ø Inestabilidad Parrilla Costal
↓ CRF
Pérdida de P°(+) Abdominal
Deficiente Contracción Diafragmática
– ↑ fuerza inspiratoria máxima – ↑ eferencia central – Maduración de la unión neuromuscular – Osificación de la parrilla costal – ↑ tensión de la cavidad abdominal
↑ Pdimax
↑ CRF
Pre-Tensión diafragmática y CRF
A mayor longitud de reposo > tensión que genera mayor fuerza contráctil…
Siempre y cuando el sistema tórax-diafragmaabdomen esté maduro…
Figura: Relación longitud-tensión del diafragma aislado. La máxima tensión activa durante una contracción isométrica se alcanza con una longitud levemente superior a la longitud de reposo (L), que corresponde, aproximadamente, a la longitud del diafragma al final de espiración normal o CRF. El acortamiento del músculo hasta cerca de CPT disminuye acentuadamente su capacidad de generar tensión.
CRF = Estabilidad Ventilatoria en RNPT • Evaluar condición basal respecto a:
↑ SPO2, ↑ Vt “0” Wresp= “0” ATA
– Tipo de Trabajo Respiratorio Espontáneo – Inestabilidad Fisiológica: FR, SPO2 y gases art. – Generación de CRF por P° (+)
• Evaluar tolerancia de maniobras aplicadas
↓ SPO2, ↓ Vt > Wresp= > ATA
RNT con Asfixia neonatal y BN connatalâ&#x20AC;Ś
Estrategias Ventilatorias (Davis, G. Clinics Perinatol 14(3): 551-577, 1987)
• Participan en la mantención de la CRF • Son gobernadas por los centros respiratorios que dependen de: – La aferencias sensoriales – Propioceptivas – y Reflejas
• Emanadas desde:
– La parrilla costal – Músculos respiratorios – y Parénquima pulmonar
Lugar donde Intervenimos
DESVENTAJAS DEL NACIMIENTO PREMATURO En el RNPT la gran distensibilidad del t贸rax dificulta una adecuada generaci贸n de Capacidad Residual Funcional (CRF)
Fisiología del Sistema Respiratorio del RN Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen • El RNPT presenta un tipo de respiración denominado “Paradojal” • Descrito por primera vez en 1953 por Miller y Behrle • Caracterizado por retracción costal inferior y ascenso abdominal en el tiempo inspiratorio
Asincron铆a T贸raco-Abdominal Patr贸 Paradojal (PP) Retracci贸n costal inferior y ascenso abdominal en el tiempo inspiratorio
ASINCRONÍA TÓRACO-ABDOMINAL O PATRÓN PARADOJAL
Fisiología del Sistema Respiratorio del RN Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen • Inicialmente se asoció con la contracción diafragmática en una parrilla costal inestable • Actualmente se reconoce la participación de 4 aspectos anátomo-mecánicos 1. Parrilla costal inestable/ Cp ↓↓ (Cw/Cp) 2. Compartimento abdominal distorsionable (Cab) 3. Músculos intercostales poco tensos 4. Contracción diafragmática deficiente
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Aspectos anátomo-mecánicos del Diafragma • La fuerza contráctil generada por el diafragma se mide a través de la Pdi • La Pdimax o fuerza inspiratoria máxima ↑ con el crecimiento y alcanza los valores del adulto a los 6 meses (91 +- 8 cm H2O) • El RNPT posee una baja Pdimax y más acentuada en el RNPT extremo
Presión Trans-diafragmática (Pdi) • La presión trans-diafragmática (Pdi) refleja la presión generada por el diafragma durante un esfuerzo inspiratorio. • En cada contracción el diafragma genera un cambio de presión en el tórax (presión negativa) y abdomen (presión positiva) como resultado de su desplazamiento como émbolo en sentido céfalocaudal • Se usan sensores que miden presión tanto en el esófago como en la bolsa gástrica. • La presión medida en esófago (Pes) es representativa de la presión pleural, mientras que la presión intra-gástrica (Pga) refleja la de la cavidad abdominal
Pdi= Pga - Pes
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Desventaja Mecánica del Diafragma • La fuerza contráctil de diafragma en el RN y lactante está determinada por tres factores: 1. Longitud de la fibra muscular (Precarga) 2. (Post) Carga 3. Propiedades contráctiles intrínsecas de las fibras musculares
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Desventaja Mecánica del Diafragma 1. Longitud de la fibra muscular (Precarga) – Varía inversamente con el grado de HSP pulmonar y tensión abdominal (RNPT ↓ ↓ ↓) – Costillas más horizontalizadas – Tono muscular abdominal óptimo – En RNPT especialmente los extremos el diafragma se encuentra APLANADO, MENOS TENSO Y ACORTADO
Deficiente contracción diafragmática • Ángulo de inserción diafragmático más horizontal • Por disposición más horizontal de las costillas (se extienden casi en ángulo recto desde la columna) • Esta disposición no proporciona un ángulo de tracción apropiado • Se pierde eficacia mecánica (Gaultier C. Eur Respir J 8:150-153, 1995)
Curva Longitud/Tensión • Efecto de la longitud del diafragma en la pre-carga muscular • Lo representa la longitud óptima para crear una contracción diafragmática máxima.
“Si espacialmente el diafragma del prematuro está aplanado, poco tenso y acortado… cualquier medida terapéutica que revierta esta condición debiera mejorar la calidad contráctil del mismo…”
Mejoría de la calidad contráctil desde su vecindad… • ECPI: Estabilizar parrilla costal inferior debiera mejorar calidad contráctil de diafragma por incidir directamente sobre la longitud del músculo • APA: Aumentar Presión Abdominal para mejorar pre-carga diafragmática • O ambas????
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Desventaja Mecánica del Diafragma 2. (Post) Carga – La carga movilizada corresponde a la impedancia mecánica para un flujo de gas – Un ↑ carga de trabajo se presenta en: • Patologías que ↑ la resistencia al paso de gas • ↓ la Cp ej. SDR, BN, EHM, DBP • > ↓ Cw/Cp
– Maniobras kinésicas respiratorias también pueden generar ↑ carga de trabajo
Cambio en la estrategia ventilatoria por carga impuesta… “Figueroa, P. y González C., Efecto de Maniobras Tóraco-Abdominales en Prematuros con Patrón Paradojal: Medición de Parámetros Indirectos Kinesiología 64:76-81, 2001.
• Se evaluaron 10 RNPT < 38 SEG (32,4) con patrón paradojal, en sueño activo REM, sin enf. cardiopulmonar activa, con peso 1501 grs. y edad promedio de 7 días • Se aplicó “Estabilización de parrilla costal inferior y Compresión abdominal” en conjunto buscando mejorar ATA • Se midió FC, FR y SpO2
“Modelo experimental”
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Cambio en la estrategia ventilatoria por carga impuesta • No hubo modificación estadísticamente significativa • Solo hubo modificación del patrón respiratorio a uno más superficial y costal superior • La carga impuesta obligó a modificar el patrón respiratorio a uno con < gasto energético • Los RNPT de < EG y peso al nacer, toleran menos las cargas inspiratorias, incluso hubo depresión respiratoria… • Los RNPT con > EG y peso al nacer toleran mejor las cargas inspiratorias
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Desventaja Mecánica del Diafragma 3. Propiedades intrínsecas de la fibra muscular – Depende del tamaño y velocidad de acortamiento de la fibra muscular – En RNT el ↑ del tamaño del diafragma es directamente proporcional con su capacidad contráctil (Pdi) – En RNPT no existe tal relación por tener un tamaño diafragmático más pequeño que su equivalente postconcepcional. – Deficiente tolerancia a la fatiga muscular por poseer > % de fibras tipo IIa (sensibles a la fatiga- oxidativas)
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Desventaja Mecánica del Diafragma • Se reconoce que la mejoría en la Pdimax es dependiente de – ↑ fuerza inspiratoria máxima – ↑ eferencia central – Maduración de la unión neuromuscular – Osificación de la parrilla costal – ↑ tensión de la cavidad abdominal
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Parrilla Costal Inestable • Característica inherente a todos los mamíferos........permite el paso por el canal vaginal • Causa: > % de condrocitos que de osteocitos • Situación que se invierte durante el crecimiento y por cambios posturales • Deficiente punto de apoyo para el diafragma
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Parrilla Costal Inestable • La acción de los músculos intercostales estabiliza la parrilla costal (De Troyer J Clin Invest 75:850-857, 1985) • Durante el sueño activo REM los músculos intercostales están inhibidos, ↑ la inestabilidad costal • El RNPT pasa + 50 % del tiempo en esta condición
Aspectos mecánicos de la acción de los músculos intercostales Centro de rotación costal
Inserción inferior en Costilla inferior
COLUMNA
• Teoría de Hamberger (1727) • Intercostal Externo: Inserción inferior mas distante del centro de rotación costal, al contraerse, el torque actúa mas sobre la costilla inferior y se eleva la costilla • Intercostal Interno: Inserción inferior es menos distante del centro de rotación costal, al contraerse, el torque actúa mas sobre costilla superior y deprime la costilla superior.
Acción intercostal dependiente del volumen pulmonar • Músculos intercostales actúan elevando o deprimiendo las costillas dependiendo del volumen pulmonar previo. • Modelo mecánico: Impedancia de la Costilla superior al descenso v/s Impedancia de la costilla inferior al ascenso.
Extraído sin permiso: De Troyer J Clin Invest 75:850-857, 1985
• En posición neutra o a volumen costal medio, al contraerse los intercostales, se anulan las fuerzas.
Acción intercostal a CRF • A CRF: las costillas se ubican bajo su posición neutral o de reposo. • La contracción intercostal genera elevación costal por aumento de la impedancia de la costilla superior y pre-tensión de los Extraído sin permiso: De Troyer J Clin Invest 75:850-857, 1985
músculos del cuello.
Acción Intercostal a CPT • A CPT las costillas se ubican por sobre su posición de reposo. • A CPT aumenta la impedancia de la costilla inferior por sobre la superior y el efecto neto de la contracción intercostal es descender las costillas.
Extraído sin permiso: De Troyer J Clin Invest 75:850-857, 1985
• A CPT aumenta la pre-tensión de los músculos abdominales que favorece el descenso costal.
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Distribución de la Presión Pleural (PP) • Le Souêf y col. en 1983, determinaron una distribución de la PP atípica durante la distorsión torácica • Gradiente caudocefálico mayor en la base del sistema Tóraco-abdominal • La Cw varía con – El grado de rigidez esquelética – La estabilidad otorgada por los músculos intercostales
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Distribución de la Presión Pleural (PP) MODELO MECÁNICO
Pleura visceral
Pared inestable
Pistón Contracción diafragmática
Sistema Tรณrax-Diafragma-Abdomen Distribuciรณn de la Presiรณn Pleural (PP) RNPT con distorsiรณn torรกco-abdominal
Diferencias regionales de la ventilación en adultos (Teoría de West) • Ppl más subatmosférica en el vértice que en la base • Fenómeno dependiente de la gravedad (Pdi) • Cambios de volúmenes en relación con el volumen de reposo (vr) • La base del pulmón tiene un vr más pequeño y sufre un > cambio de volumen por unidad de pulmón = la ventilación es mayor.
¿Podré analizar la Teoría de Le Souef con la Teoría V/Q Zonal de West…?
?
> Vol pulmonar previo
< Cp
> Cp
< vol pulmonar previo
PodrĂa tener un comportamiento zonal V/Q siempre y cuando hubiera estabilidad del STDA
Consecuencias clínicas de un STDA inmaduro… • Si existe < Pº (-) intrapleural en los ápices de los RNPT, también existirá < vol preinspiratorio • Si no posee un STDA maduro, no ocurriría > aceptación de vol en cada inspiración… • Por el contrario, tiende al colapso si se generan las condiciones… • ¿cuáles serían éstas?
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Distribución de la Presión Pleural (PP) • Probable justificación de las atelectasias de Lóbulos Superiores en RNPT • Entonces, ¿Qué debe mejorar para re-expandir la zona colapsada?
Estabilizaci贸n de la Parrilla costal Inferior
Maniobra de EPCI
Sistema Tórax-Diafragma-Abdomen Compartimento Abdominal Distorsionable • En RNPT la cavidad abdominal es de gran tamaño inicial y con escasa actividad tónica • En supino existe < actividad tónica • Favoreciendo la ↓ de la compresión abdominal
• Disminuye la pre-carga diafragmática • Se han reportado significativas pérdidas de energía cinética del diafragma derivadas en la distorsión abdominal
↑ presión abdominal… • Teóricamente, si ↑ presión abdominal, > elongación diafragmática de reposo = generación de > Pdi • “A un mismo nivel de excitación neural”
Justificación teórica de la maniobra kinésica de ↑ Presión Abdominal
Aumento de la Presión Abdominal
Efectos de la maniobra de “aumento de la presión abdominal” sobre la eficacia de la mecánica diafragmática en prematuros mayores de 32 semanas de edad gestacional con patrón respiratorio paradojal. Figueroa, P., Mella, C., y Pinochet, N. Por publicar 2013
Objetivo: Determinar si la maniobra de Aumento de la Presión Abdominal (APA) aumenta la eficacia de la mecánica diafragmática en los Recién Nacidos de PreTérmino (RNPT) mayores de 32 Semanas de Edad Gestacional (SEG), medido a través de la Frecuencia Cardíaca (FC), Frecuencia Respiratoria (FR), Presión Arterial Sistólica (PAS), Presión Arterial Diastólica (PAD), Presión Arterial Media (PAM) y Saturación Parcial de Oxígeno (SpO2).
Método: • Se incluyeron 20 RNPT mayores a 32 SEG, estables hemodinámicamente, de la UCIN del Hospital Clínico Félix Bulnes evaluados mediante un análisis de pre-prueba, post-prueba. • A cada paciente se le realizó una medición basal, luego de tres minutos se aplicó la maniobra APA durante tres minutos, y se les hizo un seguimiento hasta quince minutos después de iniciar la aplicación de la maniobra APA. • Recopilando los datos en el tiempo para todos los parámetros. Tras la recolección de los datos, estos fueron analizados mediante estadígrafos descriptivos
Resultados: se encontraron diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) para las variables: 1. FR disminuye, 2. SpO2 aumenta …ambas en relación al tiempo después de haber aplicado la maniobra APA. Conclusión: 1. La FR disminuye al aplicar la maniobra APA en relación a su estado basal y estos efectos se mantienen y mejoran en el tiempo, 2. La SpO2, aumenta los parámetros basales al aplicar la maniobra APA y este aumento se mantiene posteriormente.
160
158
156
FC
154
152
150
148
146
144 0
1
2
3
4
5
6
7
8 9 (Minutos) 10 11 12 Tiempo
13
14
15
16
17
18
19
Gráfico 1. Variación a través del tiempo de la frecuencia cardíaca medido como latidos por minuto (promedio ± error estándar) registrada antes (minuto 1), durante (min. 4 y 6) y después (9 a 18 min.) de la aplicación de la maniobra APA. La línea azul presenta la tendencia temporal descrita por un ajuste lineal.
56
54
R² = 0,99106 52
50
FR
48
46
44
42
40
38 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Tiempo (Minutos)
Gráfico 2. Variación a través del tiempo de la Frecuencia Respiratoria medido como respiraciones por minuto (promedio ± error estándar) registrada antes (minuto 1), durante (min. 4 y 6) y después (9 a 18 min.) de la aplicación de la maniobra APA. La línea azul presenta la tendencia temporal descrita por un ajuste logarítmico.
98
97,5
97
SpO2
96,5
96
95,5
95
94,5
94
R² = 0,9865 93,5
93 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Tiempo (Minutos)
Gráfico 4. Variación a través del tiempo de la SpO2 medido en porcentaje de saturación (promedio ± error estándar) registrada antes (minuto 1), durante (min. 4 y 6) y después (9 a 18 min.) de la aplicación de la maniobra APA. La línea azul presenta la tendencia temporal descrita por un ajuste logarítmico.
Justificación Teórica para la Aplicación de la maniobra APA en RNPT
Esquema de los efectos de la Maniobra de Aumento de la Presión Abdominal (APA) sobre la Frecuencia Respiratoria (FR) y Saturación parcial de Oxígeno (SpO2), é: aumento, ê: disminución.
Bajo tono muscular abdominal
Tos de mala calidad < Espiraci贸n forzada Contracci贸n Diafragm谩tica deficiente
< presi贸n abdominal
EN RESUMEN…
SISTEMA RESPIRATORIO Recordatorio • Todos los mamíferos maduros requieren para esta función: • Un intercambiador de gas (unidad a-c) • Un reservorio de gas (CRF) • Una bomba (parrilla costal y Músc. Resp.) • Un controlador dinámico de la bomba (controladores neurales y químicos de la respiración)
Homesotasis Gaseosa en el adulto • En el adulto sano la función de HG se logra gracias: – Unidades alvéolo-capilares indemnes – Una bomba mecánicamente eficiente – Controlador central y periférico maduro
OPTIMA CRF
HGS en el RNPT
Deficiente Generación de CRF Parrilla
Costal Inestable Pobre Distensibilidad Pulmonar Musculatura Abdominal e Intercostal Hipotónica Contracción Diafragmática Deficiente < Generación de CRF
Razonamiento Clínico • Siempre que debamos evaluar clínicamente el comportamiento mecánico del SR de un paciente tenemos que utilizar los 4 aspectos anátomo-mecánicos antes descritos:
1. Cw / Cp CRF 2. Cab 3. Tonicidad de músculos intercostales 4. Actividad contráctil diafragmática
Cw/Cp • Cw depende de la estabilidad que le otorgan – Los músculos intercostales (edad) – El nivel de osificación (edad)
• Cw… – Condiciona la eficacia de la contracción diafragmática – Una adecuada distribución de P(-) intrapleural – Finalmente una adecuada CRF y HGS
Cw/Cp • Cp condiciona – El mayor o menor trabajo diafragmático por incidir en la precarga diafragmática en condiciones de patología
• Una alteración de la Cp alterará la generación de P(-) intrapleural y consecutivamente la génesis de la CRF y adecuada HGS
Tanto la alteraci贸n de la Cw como la Cp inciden en la menor CFR Desequilibra la relaci贸n Cw/Cp < Ppl > o < Cw
< CRF
> o < Cp
Evalúe según lo aprendido… RNPT 29 SEG, EHD, > 1000 grs. de peso, SDR que hoy está resuelto…
Evalúe según lo aprendido… RNPT 29 SEG, EHD, < 1000 grs. de peso, SDR inicial, hoy con DBP…