Flujo de aire, presión y resistencia

Cuando respiramos, el aire se mueve entre la atmósfera y los alvéolos del interior de los pulmones.Este movimiento de aire es impulsado por la diferencia de presión entre los dos sitios; el aire fluye de un área de mayor presión a un área de menor presión.Sin embargo, el viaje del aire dentro de las vías respiratorias no es fácil, debido a la presencia de resistencia en las mismas.La diferencia de presión y la resistencia de las vías respiratorias determinan la cantidad de aire que fluye a través de las vías respiratorias en un periodo de tiempo, lo que se conoce como flujo de aire.El flujo de aire puede medirse en litros por minuto.La relación entre el flujo de aire y la diferencia de presión es directamente proporcional, que se puede representar como flujo de aire, o Q, y que es directamente proporcional, (que parece una letra griega alfa estirada), a ∆P, que es la diferencia de presión.Q ∝ ∆P significa que cuanto mayor sea la diferencia de presión entre dos sitios, más aire fluye entre ellos.Por otro lado, la relación entre el flujo de aire y la resistencia de las vías respiratorias es inversamente proporcional, representada como Q ∝ 1R , donde R es la resistencia de las vías respiratorias, lo que significa que si la resistencia de las vías respiratorias aumenta, el flujo de aire disminuye.Al establecer estas dos relaciones en una ecuación, obtendremos la ley de Ohm, que establece que el flujo de aire Q, es igual a la diferencia de presión ∆P, dividida entre la resistencia de las vías respiratorias R.Q = ΔPR Ahora, la diferencia de presión, o ∆P, entre la atmósfera y los alvéolos se puede crear cambiando el volumen de los pulmones durante la inspiración y la espiración.Durante la inspiración, la contracción del diafragma y de los músculos del pecho hace que los pulmones se expandan, aumentando su volumen y el de los alvéolos.Ahora bien, si observamos un solo alvéolo, como su volumen ha aumentado, ahora hay más espacio en su interior para las partículas de gas, por lo que la presión en su interior desciende y se vuelve más baja que la presión atmosférica.Como resultado, el aire fluye desde la atmósfera hacia el alvéolo.Al final de la inspiración, el alvéolo se llena de aire rico en oxígeno de la atmósfera, lo que aumenta la presión en su interior hasta que se iguala con la presión de la atmósfera.En este punto, no hay diferencia de presión para conducir más aire al alvéolo.Ahora, durante la espiración, los músculos se relajan permitiendo que los pulmones vuelvan a su tamaño normal, lo que provoca una disminución de su volumen.Por lo tanto, a medida que el volumen del alvéolo disminuye, la presión en su interior aumenta hasta ser superior a la presión atmosférica.Esto crea de nuevo un gradiente de presión, que empujará el aire de los alvéolos hacia la atmósfera.Mientras que el flujo de aire se incrementa al aumentar la diferencia de presión, sin embargo, disminuye al aumentar la resistencia de las vías respiratorias.La resistencia de las vías respiratorias está influida por tres factores principales.El primer factor es la viscosidad del aire, representada por la letra griega eta η.La viscosidad del aire significa la dificultad que tienen las partículas de gas en el aire para deslizarse entre sí.La relación entre la resistencia de las vías respiratorias y la viscosidad del aire es directamente proporcional, R ∝ η.Por lo tanto, al aumentar la viscosidad del aire, aumenta la resistencia de las vías respiratorias.El segundo factor que afecta a la resistencia de las vías respiratorias es la longitud de las mismas, representada por la letra l.Al igual que la viscosidad, la relación con la resistencia de las vías respiratorias es directamente proporcional, R ∝ l, donde las vías respiratorias más largas tienen mayor resistencia que las más cortas.Ahora bien, tanto la viscosidad del aire como la longitud de las vías respiratorias no cambian mucho con el tiempo, por lo que no contribuyen tanto a los cambios en la resistencia de las vías respiratorias en la vida real.Ahora, el tercer factor que afecta a la resistencia de la vía aérea es el radio de la vía aérea, representado por la letra minúscula r.La relación es inversamente proporcional, R ∝ 1r4 , y el radio aquí se eleva a la cuarta potencia.Esto significa que los cambios en el radio de las vías respiratorias tienen el mayor efecto sobre la resistencia de las vías respiratorias entre los tres factores.Partiendo en la tráquea y bajando por el árbol bronquial, el radio disminuye y la resistencia de las vías respiratorias aumenta.Sin embargo, al llegar a las vías respiratorias muy pequeñas, la resistencia de las vías respiratorias disminuye sorprendentemente, de hecho, es la más baja de todo el árbol bronquial.Esto se debe a que estas pequeñas vías respiratorias se ramifican muchas veces y se disponen en paralelo, por lo que el área transversal total aumenta.Por lo tanto, aunque la resistencia al flujo de aire de cada bronquiolo terminal individual es alta, "si se tienen en cuenta todos los bronquiolos terminales paralelos y sus mayores áreas de sección transversal, la resistencia global es en realidad la más baja del tracto respiratorio."

A diferencia de la viscosidad del aire y la longitud de las vías respiratorias, el radio de las vías respiratorias puede cambiar de un minuto a otro.Si estás tumbado en el sofá de casa no necesitas mucho oxígeno para hacerlo, así que tus bronquios están ahora bajo el control parasimpático, lo que hace que sufran broncoconstricción.Si estás jugando al fútbol, el sistema nervioso simpático hace que tus bronquios sufran una broncodilatación, lo que permite que llegue más oxígeno a tus pulmones.Si tomamos las variables como la longitud, la viscosidad del aire y la resistencia, definimos la ley de Poiseuille: R = 8 η lπ r4.Vamos a aplicarla a una situación de la vida real.Por ejemplo, en una persona con bronquitis crónica o asma, la inflamación y el edema de las vías respiratorias provocan su estrechamiento.En esta persona con bronquitis crónica, el radio de uno de sus bronquios disminuyó a la mitad.¿Qué pasaría con el flujo de aire a través de ese bronquio?

Reducir el radio a la mitad significa que ahora tenemos ½ r en lugar de r.Al sustituir ½ r por nuestra r original en la ley de Poiseuille R = 8 η lπ r4, obtenemos ½ r a la cuarta potencia, o 1/16 r, lo que significa que la resistencia aumenta 16 veces.Volviendo a la ley de Ohm, Q = ΔPR , y suponiendo que ∆P no cambió, sustituyendo la nueva resistencia aumentada, o 16 R, en la ecuación, vemos que el flujo de aire cae por 16 veces, que es una caída enorme para sólo tomar una mitad del radio.##Resumen Como breve resumen...El flujo de aire es el volumen de aire que viaja a través de las vías respiratorias durante un período de tiempo, y puede representarse mediante la ley de Ohm, Q = ΔPR, que establece que el flujo de aire, o Q es igual a ∆ P, que es la diferencia de presión, dividida entre R que es la resistencia de las vías respiratorias.El gradiente de presión es la fuerza motriz que mueve el aire entre la atmósfera y los alvéolos, y se puede crear cambiando el volumen de los pulmones durante la inspiración y la espiración.La resistencia de las vías respiratorias es una medida de la resistencia que el aire tiene que superar para fluir a través de las vías respiratorias.Se describe mediante la ley de Poiseuille, R = 8 η lπ r4, que establece que la resistencia de la vía aérea aumenta al aumentar la viscosidad del aire, o eta, la longitud de la vía aérea, o l, y al disminuir el radio, r.El radio de la vía aérea tiene el mayor efecto sobre la resistencia de la vía aérea, ya que se eleva a la cuarta potencia.