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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIADEPARTAMENTO DE CIENCIAS FISIOLÓGICASFACULTAD DE MEDICINAFISIOLOGÍA IILABORATORIO: ESPIROMETRIAGRUPO 1 - MESA 2INTEGRANTESArturo Cárdenas, Sebastián Ayala Carrascal, Gabriel José Ballesteros Fraile, Paola Andrea Barreto Arciniegas, Francisco Javier Benitez Salcedo, Ma...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FISIOLÓGICAS

FACULTAD DE MEDICINA

FISIOLOGÍA II

LABORATORIO: ESPIROMETRIA

GRUPO 1 - MESA 2

INTEGRANTES Arturo Cárdenas, Sebastián Ayala Carrascal, Gabriel José Ballesteros Fraile, Paola Andrea Barreto Arciniegas, Francisco Javier Benitez Salcedo, Mario Cesar

PROFESOR Ingeniero Juan Carlos Lizarazo

14 de octubre del 2020 Bogotá D.C COLOMBIA

TABLA DE CONTENIDO 1. Introducción. 2. Objetivos. 3. Marco teórico. 4. Metodología. 5. Resultados. 6. Análisis de resultados. 7. Conclusiones. 8. Bibliografía.

INTRODUCCIÓN. La respiración es un proceso vital por el cual se logra suministrar oxígeno a los distintos tejidos y eliminar dióxido de carbono. Para llevar a cabo la respiración se requieren de procesos fundamentales: Primeramente, la ventilación pulmonar que se describe como el flujo de entrada y salida de aire entre el exterior y los espacios alveolares de los pulmones. Seguidamente se da la difusión de oxígeno y de dióxido de carbono entre los alvéolos y la circulación para posteriormente transportar el oxígeno y el dióxido de carbono hacia y desde los distintos órganos y tejidos corporales. Finalmente se da la regulación de la ventilación y los distintos procesos implicados en la respiración. El proceso de la respiración se da por etapas de inspiración y espiración y es facilitado por factores como la compliancia y la elastancia de los pulmones, los movimientos del diafragma y de los músculos inspiratorios y espiratorios, incluso puede ser facilitado forzadamente por la elevación y descenso de la caja torácica. La espirometría es un método que analiza la función pulmonar a través de la exploración de los cambios en el volumen de aire que se inspira y se espira en función del tiempo; utilizándose con mayor frecuencia en los laboratorios de función pulmonar. La espirometría puede ser simple durante mecanismos respiratorios de relajación o forzada implementando maniobras de máximo esfuerzo, en un rango mínimo de tiempo. Este método ayuda al personal de salud a valorar y analizar los volúmenes y las capacidades pulmonares que están estrechamente relacionados con la función ventilatoria. Las capacidades pulmonares aluden a los diversos volúmenes de aire “típicos” en la respiración humana. Un pulmón humano en promedio posee la capacidad de almacenar hasta 5 litros de aire, sin embargo, la cantidad que se inspira y se espira normalmente es notablemente menor, llegando a valores cercanos de 500 mL. La espirometría es de gran utilidad clínica y es indicada en pacientes en los cuales se desea estudiar función pulmonar ante la existencia de síntomas respiratorios, para diagnóstico y seguimiento de pacientes con patologías respiratorias, para describir respuestas terapéuticas frente a fármacos y en estudios epidemiológicos donde se analicen enfermedades respiratorias. En el presente informe se describe a detalle el proceso de espirometría, los volúmenes y las capacidades pulmonares y se analizarán los resultados experimentales obtenidos en el laboratorio de fisiología a través de un espirómetro y el software lab tutor y labchart.

OBJETIVOS ● Estudiar y comprender el método de espirometría y sus implicaciones clínicas. ● Comprender los valores típicos de los volúmenes y capacidades pulmonares en el humano. ● Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio y correlacionarlos con los valores típicos. ● Entender las alteraciones que se pueden presentar durante el proceso de espirometría y su relación fisiopatológica.

MARCO TEÓRICO El proceso mecánico de la respiración se dá por la expansión y contracción de los pulmones. Estos movimientos pulmonares se facilitan gracias al músculo diafragma, un músculo involuntario, que mediante su movimiento permite agrandar o acortar la cavidad torácica. Durante la respiración tranquila, en la inspiración, se contrae el diafragma expandiendo los bordes inferiores de los pulmones. En la espiración el diafragma se relaja y se produce un retroceso elástico de pulmones, pared torácica y músculos abdominales, que facilita la expulsión de aire. (Guyton and Hall, 2016) Durante la respiración forzada, se deben expandir los pulmones de manera mas rápida y eficiente, de tal modo que en estas ocasiones el cuerpo eleva la caja torácica como mecanismo para expandir los pulmones, aumentando el diámetro anteroposterior de la caja torácica. Por otro lado, durante la espiración forzada, se consigue fuerza adicional para expulsar la cantidad de aire, mediante la contracción de los músculos abdominales que empujan el contenido abdominal hacia el diafragma. elevándose, aumentando la presión en la caja torácica y facilitando la expulsión del aire. (Guyton and Hall, 2016) El proceso mecánico de llenar los pulmones de aire se da por una diferencia de presiones que facilita la entrada de los gases hasta los pequeños alvéolos pulmonares. La primera presión importante en el llenado pulmonar es la pleural. La presión pleural, es aquella del líquido entre la pleura pulmonar y la de la pared torácica. Ésta suele ser negativa alrededor de los 5 cmH2O a 7 cmH2O , al inicio de la inspiración y aumenta un poco durante la espiración. (Guyton and Hall, 2016) La presión alveolar, es la otra presión relevante en flujo de entrada de aire. Durante la inspiración, la presión alveolar disminuye a un valor menor a la presión atmosférica, hasta aproximadamente -1cmH2O, durante una inspiración normal. Por el contrario, durante la espiración la presión alveolar aumenta hasta aproximadamente +1cmH2O favoreciendo la expulsión del aire. La presión transpulmonar se define como la diferencia entre las presiones alveolar y pleural. (Guyton and Hall, 2016)

Hall, J. and Guyton, A., 2016. Modificaciones Volumen Pulmonar, Presos Alveolar, Presión Plural Y Presión Transpulmonar Durante Respiración Normal. [image]

El proceso respiratorio puede analizarse mediante un estudio denominado espirometría que registra los flujos de volumen del aire que ingresa y sale de los pulmones durante la respiración. La descripción de los registros del flujo de aire se subdividen en cuatro volúmenes y cuatro capacidades, que es la cantidad estándar.

Hall, J. and Guyton, A., 2016. Movimientos respiratorios durante la respiración normal y durante inspiración y espiración máximas [image] Los volúmenes pulmonares se subdividen en: 1. Volumen corriente que es el volumen de aire que se inspira o se espira en cada respiración normal. Es alrededor de 500 ml. 2. Volumen de reserva inspiratoria es el volumen adicional que se puede inspirar desde una corriente normal. Es aprox 3000 ml. 3. Volumen de reserva espiratoria es el volumen adicional máximo de aire que se puede expulsar en una espiración forzada. En general son 1100 ml. 4. Volumen residual, es el volumen de aire que queda en los pulmones luego de una espiración forzada. En promedio es de 12000 ml. (Guyton and Hall, 2016) Las capacidades pulmonares se subdividen en: 1. Capacidad inspiratoria, es la suma del volumen corriente más el volumen de reserva inspiratoria. Representa la cantidad máxima de volumen que puede inspirar una persona. Es aprox 3500 ml. 2. Capacidad residual funcional es la suma del volumen de reserva espiratoria más el volumen residual. Representa la cantidad de aire que queda en los pulmones luego de una espiración normal. En general son 2300 ml 3. La capacidad vital es la suma del volumen de reserva inspiratorio más el volumen corriente más el volumen de reserva espiratorio. Representa la cantidad máxima de aire que puede espirar una persona. Es aprox 4600 ml. 4. La capacidad pulmonar total representa el volumen máximo al cual pueden expandirse los pulmones. Es de 5800 ml aproximadamente.

(Guyton and Hall, 2016) El Volumen Respiratorio Minuto es otro parámetro respiratorio que se evalúa por medio de la multiplicación de la frecuencia respiratoria (número de respiraciones por minuto) por el volumen corriente (VR). Este representa la medida de aire nuevo entra en las vías respiratorias en cada minuto. Su valor aproximado es de 6L de aire por minuto (6L/min), considerando que la frecuencia respiratoria es de alrededor de 12 respiraciones por minuto y el volumen corriente es de aproximadamente 500mL para un adulto sano. En algunas situaciones, la frecuencia respiratoria puede incrementar hasta 40 a 50 respiraciones por minuto, y el volumen corriente hacerse tan grande como la capacidad vital, lo que daría lugar a un volumen respiratorio minuto por encima de los 200L/min, es decir, más de 30 veces el valor normal (Guyton and Hall, 2016). A tener en cuenta, la denominación enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) se refiere a todas aquellas patologías de carácter obstructivo como el enfisema y la bronquitis crónica, que afecta mayoritariamente a personas con el hábito de fumar. En sujetos con EPOC, el tejido elástico de los alveolos y de las paredes de los capilares se deteriora de forma gradual, lo que incrementa la distensibilidad pulmonar y la resistencia en la vía aérea y reduce la retracción elástica, ocasionando un cierre prematuro de las vías aéreas, atrapamiento de aire y aumento del VR, la CFR y la CPT. Los aumentos en los volúmenes pulmonares aumentan los esfuerzos necesarios para respirar, por la distensión de los músculos respiratorios, con reducción de su eficiencia. (Berne y Levy, 6ta edición) En contraparte, en enfermedades pulmonares de carácter restrictivo como la fibrosis pulmonar, la distensibilidad pulmonar disminuye, los volúmenes pulmonares son restringidos, pero las velocidades de flujo son razonablemente normales. Lo anterior se puede evidenciar en las curva presión-volumen, las cuales se desplazan hacia la derecha, lo que se traduce en un aumento significativo del esfuerzo para respirar. (Berne y Levy, 6ta edición)

Berne y Levy, sexta edición. Patrones de las alteraciones en las pruebas de función pulmonar. En individuos sanos y en aquellos que presentan una neumopatía se adoptan mecanismos respiratorios que intentan reducir el esfuerzo respiratorio. Por esta razón, los individuos con fibrosis pulmonar (aumento del esfuerzo elástico) respiran de una forma más rápida y superficial, mientras que los que sufren una neumopatía obstructiva (esfuerzo elástico normal) lo hacen de forma más lenta y profunda.

Fisiología médica de Boron, tercera edición. Curvas de presión-volumen estáticas para pulmones sanos y enfermos.

METODOLOGÍA La siguiente metodología tiene como objetivo explicar el proceso que se ha debido seguir en el laboratorio de manera presencial, pero que por la actual pandemia que se está presentado en el mundo fue imposible realizar. Los registros que se analizaran en este informe fueron proporcionados por el docente. MATERIALES -

Un computador con el software LabChart instalado.

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Software LabChart El software de análisis de datos fisiológicos LabChart crea una plataforma para que todos los dispositivos de grabación trabajen juntos, lo que permite adquirir señales biológicas de múltiples fuentes simultáneamente y aplicar cálculos y gráficos avanzados a medida que se desarrolla su experimento. (1)

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PowerLab PowerLab es un dispositivo de adquisición de datos (DAQ) diseñado para una adquisición de datos precisa, consistente y confiable. Los PowerLabs pueden grabar a velocidades de hasta 400.000 muestras por segundo de forma continua en disco (agregado) y son compatibles con instrumentos, acondicionadores de señal y transductores suministrados por ADInstruments y muchas otras marcas. (2)

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Tomado de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/wysiwygresources/images/powerlab-8-35.png LabChart Reader LabChart Reader es una aplicación gratuita que le permite a usted, sus colegas y estudiantes compartir, ver y realizar análisis limitados de los datos de LabChart. LabChart Reader es una versión gratuita de funcionalidad reducida del software LabChart que le permite compartir datos reales, no sólo imágenes estáticas. Algunas de sus características sirven para visualizar y analizar: Cálculos de LabChart - Funciones de medición cíclica - Vista del osciloscopio (mostrado arriba) - Gráfico XY (solo Windows)

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Espectro Extensión de espirometría (solo Windows) Extensión Cardiac Axis (solo Windows) (3)

Pod de espirometría El dispositivo de espirómetro es ideal para la enseñanza, ya que proporciona mediciones de flujo respiratorio humano de nivel de entrada utilizando un cabezal de flujo respiratorio adecuado y un sistema de adquisición de datos PowerLab. (4)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/products/prod_ML311Web.j pg -

Cabezal de flujo respiratorio (1000 L/min). 1000 L/min respiratory flowhead suitable for use on adults during exercise or for lung function tests including hard breathing or exercise testing. The head is constructed from ABS plastic and weighs 260 g. Características - Una fina malla de gasa. - El flujo de aire laminar a través de la malla produce un diferencial de presión que es linealmente proporcional a la velocidad. - La malla de gasa fina equilibra rápidamente la temperatura con el aire para reducir los problemas de condensación. - El diseño resistente permite el uso de técnicas de lavado y esterilización en frío para la limpieza. (5)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/products/MLT1000LWeb.jpg

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Tubos de conexión Tubo de PVC con cabezal de flujo con doble lumen y una longitud de ~ 2 m. (6)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/products/prod_SP0153web.j pg

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Tubo de agujero limpio Un tubo de diámetro interior limpio, de 25 cm de longitud con un diámetro interior de 35 mm, conecta los filtros desechables a los cabezales de flujo respiratorio y al Neumotach calentado. (7)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/products/MLA1011AWeb.jpg

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Clip de nariz Pinzas nasales desechables que se utilizan para sujetar cómodamente las fosas nasales mientras se realizan mediciones respiratorias. (8)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/products/prod_MLA1008W.j pg -

Filtros Se utiliza en experimentos respiratorios humanos para eliminar las gotas de agua de la corriente de aire y proteger contra la contaminación cruzada. (9)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/sites/default/files/products/MLA304Web.jpg -

Boquillas de vinilo desechables Se utilizan con filtros desechables y son ideales para uso en el aula respiratoria. Las boquillas no deben utilizarse entre sujetos y pueden esterilizarse en frío para su reutilización. (10)

Tomada de: https://www.adinstruments.com/products/reusable-mouthpieces10-pk -

Metro de pared para medir la altura. Neumotacógrafo: El neumotacógrafo es una tecnología reconocida desarrollada por el Profesor Alfred Fleisch en Lausanne en 1953. Este permite obtener mediciones de flujo

precisas, lineales y confiables para la medición de espirometrías ya que una señal lineal es simple de procesar y el aparato es extremadamente robusto. Además, su gran diámetro y su sección efectiva transversal nos permite obtener una muy baja impedancia al flujo, por lo que aún colocando un Filtro Bacetriano Viral, imprescindible para la efectiva higiene entre paciente y sistema de medición, la impedancia al flujo del sistema se mantiene baja incluso a altos flujos y cumple con las normativas de diseño requeridas para los espirómetros. (11) Esta compuesto por las siguiente piezas ya mencionadas: - Tubos (magueritas) de plástico - Cabezal de flujo - Tubo de interior liso - Filtro - Boquilla.

¿Cómo funciona? El cabezal de flujo contiene el filtro/rejilla. El aire que pasa a través de la rejilla da lugar a una pequeña diferencia de presiones que es proporcional al caudal de aire. Los dos tubos de plástico transmiten dicha diferencia de presiones al Pod espirómetro, donde el transductor convierte esa señal de presión a un voltaje variable que el PowerLab registrará y se presentará en el LabTutor. El volumen, V, se calcula por integración del flujo: V = F dt La diferencia de temperatura entre el Pod espirómetro, que se encuentra a temperatura ambiente, y el aire espirado de los pulmones, a la temperatura del cuerpo, presenta una dificultad para la medición del volumen porque volumen gaseoso se expande con la temperatura, por lo que el volumen de aire espirado de los pulmones será ligeramente superior al volumen de aire inspirado y por lo tanto el trazado de volumen, calculado por la integración del flujo, deriva hacia la espiración. Para reducir dicha tendencia, el flujo debe ser integrado en forma separada durante la inspiración y durante la espiración, corrigiendo el volumen inspiratorio con un factor relacionado con el factor BTPS (sigla inglesa de Body Temperature, Pressure, Saturated: el volumen del aire será corregido a la temperatura corporal, la presión atmosférica y saturación con vapor de agua). El software es capaz de efectuar dicha corrección.

PROCEDIMIENTOS 1. Conección y calibración del equipo. 1.1 Conección del equipo. - Conectamos el pod de espirometría al puerto 1 del PowerLab. - El pod de espirometría es sensible a la temperatura lo que se descalibra, por lo que debemos encender el PowerLab conectado al pod 5 minutos antes de empezar su uso y además también debemos colocar el pod al lado del PoweLab pero lejos de la fuente de alimentación del PowerLab para evitar que se caliente. - Conectamos los dos tubos de plástico del cabezal de flujo respiratorio a los tubos cortos de la parte posterior de la cápsula del espirómetro, como se muestra en la siguiente figura 1. - Colocamos el tubo de diámetro limpio, un filtro y una boquilla al cabezal de flujo. - La boquilla y el filtro deben estar esterilizada y limpios de aire para cada voluntario. La boquilla se puede desinfectar con agua caliente u otro desinfectante adecuado. El voluntario no debe estar cruzando ningún tipo de enfermedad respiratoria muy especialmente si es de tipo infecciosa para evitar contagios a los demás voluntarios.

Figura 1. 1.2 Inicio del LabChart - Una vez ya tenemos prendido el equipo, iniciamos el software LabChart. - El cabezal de flujo debemos dejarle inmóvil durante el proceso de puesta a cero. - Desde el menú emergente de la Función de canal de flujo buscamos la opción Spirometer, damos clik y nos parece un cuadro de diálogo del pod de espirometría y damos clic en la opción zero.

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Cuando la calibración a cero haya terminado, pedimos al voluntario que exhale suavemente a través del cabezal de flujo y observamos la señal registrada en el área de visualización de datos. Si la señal muestra una desviación hacia arriba, es decir positiva, hacemos clic en la casilla Invertir una vez para alternar su estado, si la señal muestra una desviación hacia abajo, es decir, negativa, podemos proceder al siguiente paso.

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Damos clic en Aceptar para cerrar la ventana de diálogo y volver a la vista de gráfico. Ahora si podemos comenzar con los ejercicios.

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Ejercicio 1: Familiarización con el equipo En este ejercicio describiremos los principios de espirometría y cómo la integración de la señal de flujo da un volumen. - Le pedimos al voluntario que coloque la boquilla en su boca y que sostenga el cabezal del flujo cuidadosamente con ambas manos y con los dos tubos (mangueritas) de plástico apuntando hacia arriba. - Le ponemos el clip de nariz al voluntario en su nariz de manera que no pueda salir ni entrar aire por los orificios nasales, esto se hace para garantizar que todo el aire respirado pase a través de la boquilla, el filtro y el cabezal de flujo.

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Una vez que el voluntario se acostumbra al aparato y comience a respirar normalmente podemos comenzar con el registro haciendo clic en Inicio/start para comenzar a registrar. - Entonces pedim...