Trabajo respiratorio

El trabajo respiratorio es la energía que los músculos respiratorios gastan para mover el aire dentro y fuera de los pulmones contra las cargas elásticas y resistivas del sistema respiratorio. Mecánicamente, es la integral de la presión sobre el volumen movido; fisiológicamente, se refleja en el oxígeno que los músculos respiratorios consumen para mantener la ventilación.

Definition

El trabajo respiratorio es el trabajo mecánico realizado por los músculos respiratorios sobre el sistema respiratorio durante la ventilación, calculado como la integral de la presión aplicada con respecto al cambio de volumen, y dividido en el trabajo necesario para superar el retroceso elástico y el trabajo necesario para superar la resistencia al flujo de aire y la deformación de los tejidos.

Scope

Este tema abarca cómo se define y mide el trabajo respiratorio, su división en componentes elásticos y resistivos (y dentro de los resistivos, de las vías respiratorias y de los tejidos), la optimización del patrón respiratorio para minimizar el trabajo y el costo de oxígeno de la respiración. Es una descripción de referencia de una cantidad mecánica y energética y no ofrece consejos de manejo clínico.

Core questions

• ¿Cómo se calcula el trabajo respiratorio como el área bajo un bucle presión-volumen?
• ¿Cómo se divide el trabajo total en componentes elásticos y resistivos?
• ¿Por qué el cuerpo selecciona una frecuencia respiratoria que minimiza el trabajo total?
• ¿Cuál es el costo de oxígeno de la respiración y cuándo se vuelve significativo?

Key concepts

• Bucle de trabajo presión-volumen
• Trabajo elástico
• Trabajo resistivo
• Costo de oxígeno de la respiración
• Frecuencia respiratoria óptima
• Energética de los músculos respiratorios

Key theories

Optimización del patrón respiratorio por trabajo mínimo

Para una ventilación alveolar requerida, las respiraciones lentas y profundas aumentan el trabajo elástico, mientras que las respiraciones rápidas y superficiales aumentan el trabajo resistivo; el controlador respiratorio tiende a establecerse en una frecuencia y volumen corriente que minimizan la suma, el trabajo mecánico total de la respiración.

Mechanisms

El trabajo mecánico es igual a la presión multiplicada por el volumen que mueve; para la respiración, se encuentra integrando la presión transpulmonar o transrespiratoria sobre el volumen inspirado, lo que corresponde al área encerrada por el bucle presión-volumen de una respiración. Este trabajo tiene dos partes: trabajo elástico, almacenado al estirar el pulmón y la pared torácica y recuperado en gran medida como retroceso durante la espiración, y trabajo resistivo, disipado como calor al impulsar el aire a través de las vías respiratorias y deformar los tejidos. Debido a que el trabajo elástico aumenta con volúmenes corrientes más grandes, mientras que el trabajo resistivo aumenta con flujos más rápidos, existe, para cualquier ventilación requerida, una frecuencia respiratoria en la que el trabajo total es mínimo, y la respiración tranquila tiende hacia ella. La energía suministrada por los músculos respiratorios se refleja en su consumo de oxígeno —el costo de oxígeno de la respiración—, que es pequeño en reposo, pero puede aumentar bruscamente cuando las cargas elásticas o resistivas son altas.

Clinical relevance

Un aumento del trabajo respiratorio —debido a pulmones rígidos, vías respiratorias estrechas o alta demanda ventilatoria— eleva el costo metabólico de la respiración y puede contribuir a la fatiga de los músculos respiratorios, y la reducción de esta carga es parte de la justificación fisiológica para la ventilación asistida. El concepto también enmarca la preocupación de que la propia ventilación mecánica puede imponer presiones y volúmenes perjudiciales. Esta entrada describe la fisiología y no es una base para el diagnóstico o tratamiento individual.

Evidence & guidelines

La división mecánica del trabajo respiratorio y la optimización del patrón respiratorio se derivan de estudios fisiológicos clásicos y se resumen en textos estándar; la importancia clínica de las cargas mecánicas en el pulmón, incluida la lesión iatrogénica, se trata en la literatura de cuidados críticos.

History

La energética de la respiración se cuantificó a mediados del siglo XX, cuando Otis, Fenn y Rahn analizaron el trabajo mecánico de la respiración y demostraron que el patrón respiratorio tiende a minimizarlo, mientras que DuBois y otros desarrollaron métodos para medir las resistencias y complianzas subyacentes. El reconocimiento posterior de que la carga mecánica excesiva puede lesionar el pulmón extendió la relevancia de esta mecánica a los cuidados intensivos.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Arthur Otis
• Wallace Fenn
• Hermann Rahn

Seminal works

• dubois-1956
• otis-1954

Frequently asked questions

¿Cuáles son los dos componentes principales del trabajo respiratorio?

Trabajo elástico, realizado para estirar el pulmón y la pared torácica y que se recupera en gran medida como retroceso durante la espiración, y trabajo resistivo, disipado como calor al impulsar el aire a través de las vías respiratorias y deformar los tejidos.

¿Por qué existe una frecuencia respiratoria óptima?

Para una ventilación requerida dada, respirar lenta y profundamente aumenta el trabajo elástico, mientras que respirar rápida y superficialmente aumenta el trabajo resistivo; una frecuencia intermedia minimiza la suma, por lo que la respiración tranquila tiende a establecerse cerca de ese patrón de menor trabajo.