En este artículo, se presenta la ecuación de movimiento respiratorio, un modelo matemático que describe el movimiento del sistema respiratorio durante la ventilación mecánica.
Los modelos de interacción paciente-ventilador son fundamentales para comprender cómo se puede controlar una máquina para reemplazar o complementar la función natural de la respiración.
Para entender esto, es necesario comprender la mecánica de la respiración. En fisiología, la fuerza se mide como presión, el desplazamiento como volumen y la tasa de cambio como flujo. El objetivo es conocer la presión necesaria para causar un flujo de gas que entre en la vía aérea y aumente el volumen de los pulmones.
Modelos de interacción paciente-ventilador
La mecánica respiratoria busca modelos simples pero útiles del comportamiento mecánico del sistema respiratorio. La presión, el volumen y el flujo son variables medibles en el modelo matemático que cambian con el tiempo durante una inspiración y una espiración. La relación entre ellos se describe por la ecuación de movimiento para el sistema respiratorio, derivada de una ecuación de equilibrio de fuerzas que es una expresión de la tercera ley de movimiento de Newton.
Ecuación de movimiento para el sistema respiratorio
PTR= PE + PR
La presión transrespiratoria (PTR) puede tener dos componentes, uno generado por el ventilador (Pvent) y otro generado por los músculos respiratorios (Pmus). La presión de retracción elástica (PE) es el producto de la elasticidad y el volumen. La presión resistiva (PR) es el producto de la resistencia y el flujo.
Por lo tanto, la ecuación se puede ampliar para obtener una ecuación para la inspiración que muestra que la presión combinada del ventilador y de los músculos causa que el volumen y el flujo sean suministrados al paciente.
P vent + P mus = EV + RV
Para la espiración pasiva, tanto la presión del ventilador como la muscular están ausentes. Esto muestra que el flujo espiratorio pasivo es generado por la energía almacenada en el compartimento elástico durante la inspiración.
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¿Qué sucede si el paciente no realiza ningún esfuerzo?
La ecuación muestra que si los músculos respiratorios del paciente no funcionan, la presión muscular es cero y el ventilador debe generar toda la presión para la inspiración. Por otro lado, no se necesita un ventilador para la respiración espontánea normal. Entre esos dos extremos, es posible una cantidad infinita de combinaciones de presión muscular y presión del ventilador bajo el encabezado general de “soporte parcial del ventilador”.
La ecuación de movimiento también proporciona la base para definir una respiración asistida como aquella en la que la presión del ventilador aumenta por encima de la línea de base durante la inspiración o cae por debajo de la línea de base durante la espiración.
REFERENCIAS
2. Thamrin C, Frey U, Kaminsky DA, Reddel HK, Seely AJ, Suki B, Sterk PJ. Systems Biology and Clinical Practice in Respiratory Medicine. The Twain Shall Meet. Am J Respir Crit Care Med. 2016 Nov 1;194(9):1053-1061. doi: 10.1164/rccm.201511-2288PP. PMID: 27556336; PMCID: PMC5114447.
3. Tobin, M. J., Albert, R. K., Loring, W. W., & Marini, J. J. (2013). Principles and practice of mechanical ventilation (3rd ed.). McGraw Hill Medical.
Graduado en Lic. Kinesiología y Fisiatría (UBA). Especialista en Kinesiología Cardio-Respiratoria por la Universidad Favaloro.