What is the pathophysiology of expiration?

Fisiopatología de la Espiración

La espiración es un proceso complejo que involucra múltiples mecanismos fisiológicos coordinados para expulsar el aire de los pulmones. La espiración normal es principalmente un proceso pasivo impulsado por el retroceso elástico del sistema respiratorio, pero puede convertirse en activo cuando se requiere mayor esfuerzo ventilatorio o en respuesta a cargas espiratorias, ya sean experimentales o relacionadas con enfermedades. 1

Fases de la Espiración Normal

• La espiración normal depende del retroceso elástico del sistema respiratorio, que proporciona la fuerza inicial para expulsar el aire de los pulmones 1
• Durante la respiración tranquila, la espiración es principalmente pasiva, impulsada por la energía almacenada en los tejidos elásticos pulmonares durante la inspiración previa 2
• La presión disponible para la espiración depende del retroceso elástico del sistema respiratorio, aunque la acción de los músculos respiratorios controlados neuralmente influye en la tasa de aumento de la presión espiratoria 3

Mecanismos de la Espiración Forzada

Fase Inspiratoria Previa

• El volumen de aire inspirado prepara el sistema torácico para generar presiones y flujos espiratorios; cuanto mayor sea el volumen inspiratorio, mayor será la presión subglótica resultante 2
• La inhalación de un gran volumen de aire produce un mayor alargamiento de los músculos espiratorios y optimiza su relación longitud-tensión 2
• El volumen inspiratorio inicial está directamente relacionado con la magnitud del flujo espiratorio pico y la fase de meseta durante la tos 2

Fase Compresiva

• Tras la inspiración, la glotis se cierra durante aproximadamente 0,2 segundos mientras se realiza un esfuerzo espiratorio 2, 4
• El cierre glótico mantiene el volumen pulmonar mientras se acumulan las presiones intratorácicas 4
• La contracción activa de los músculos espiratorios y el retroceso elástico del sistema torácico contra una glotis cerrada resultan en un rápido aumento de la presión subglótica 2
• Durante esta fase, las presiones intratorácicas pueden alcanzar hasta 300 mmHg 2, 4
• La presión subglótica determina la magnitud de la aceleración del flujo espiratorio al abrirse la glotis y está correlacionada con la limpieza de las vías respiratorias 2

Fase Expulsiva

• La fase expulsiva comienza con la apertura rápida de la glotis, produciendo un flujo espiratorio de alta velocidad 4
• El flujo espiratorio inicial se acelera rápidamente, alcanza un pico y luego disminuye rápidamente hasta una meseta de flujo espiratorio sostenido 2
• El pico de flujo espiratorio puede alcanzar más de 800 L/min durante la tos voluntaria máxima 2
• La fase de meseta es resultado de la contracción muscular espiratoria activa sostenida y el retroceso elástico del sistema respiratorio 2
• A medida que disminuye el volumen pulmonar durante la fase de meseta, mantener la tasa de flujo requiere un aumento de la contracción muscular espiratoria 2

Dinámica de Flujo y Presión

• La compresión dinámica durante la espiración forzada resulta de las diferencias entre las presiones intraluminales y extraluminales de las vías respiratorias (presión transmural) 2
• Durante una espiración forzada, la presión transmural en el alvéolo es igual a la presión de retroceso del pulmón 2
• A medida que el flujo espiratorio continúa, la presión intraluminal disminuye debido a fuerzas viscosas, mientras que la presión extraluminal (presión pleural) permanece elevada 2
• Esta diferencia de presiones conduce a la compresión dinámica de las vías respiratorias, comenzando en la tráquea y bronquios principales a volúmenes pulmonares altos, y extendiéndose a las vías respiratorias más periféricas a medida que disminuye el volumen pulmonar 2
• La velocidad del flujo de aire aumenta a medida que el área transversal de las vías respiratorias disminuye, lo que mejora la eliminación de mucosidad adherida a la pared de las vías respiratorias 2

Control Neuromuscular de la Espiración

• Los músculos espiratorios, que incluyen los músculos de la pared abdominal y algunos músculos de la caja torácica, son un componente importante de la bomba muscular respiratoria 5
• Estos músculos se reclutan en presencia de alta carga respiratoria o baja capacidad muscular inspiratoria 5
• La acción de frenado espiratorio por los músculos inspiratorios (-Pmusi) influye en la tasa de aumento de presión en la primera parte de la espiración 3
• La contracción de los músculos abdominales (-Pmuse) aumenta la presión espiratoria más tarde desde el inicio de la oclusión espiratoria 3
• En pacientes con EPOC, la acción de frenado de los músculos inspiratorios es menor y la acción facilitadora de los músculos abdominales es mayor que en los controles 3

Patologías que Afectan la Espiración

• El atrapamiento aéreo es la retención anormal de aire en los pulmones debido a obstrucción de las vías respiratorias, particularmente en las vías pequeñas 6
• Ocurre a través de varios mecanismos, incluyendo el estrechamiento luminal de las vías respiratorias pequeñas causado por inflamación y remodelación 6
• El atrapamiento aéreo contribuye a la disnea, especialmente durante el ejercicio, ya que empeora debido a la reducción del tiempo espiratorio relacionada con la hiperventilación 6
• En pacientes con EPOC, el atrapamiento aéreo resulta del estrechamiento de las vías respiratorias pequeñas, pérdida del retroceso elástico y cierre prematuro de las vías respiratorias 6
• La debilidad severa de los músculos espiratorios puede desarrollarse en pacientes de UCI y está asociada con peores resultados, incluyendo destete difícil del ventilador y deterioro de la limpieza de las vías respiratorias 5

Consideraciones Clínicas

• Aunque el cierre glótico mejora la eficacia de la tos, no es absolutamente esencial para una tos efectiva 4
• Pacientes con traqueostomía o tubo endotraqueal pueden producir una tos efectiva mediante una maniobra de "huffing" (espiración forzada con glotis abierta) 4
• En pacientes con tubos endotraqueales, no es necesario realizar una traqueostomía con el único propósito de mejorar la eficacia de la tos 2
• La tomografía computarizada (TC) es el método principal para visualizar el atrapamiento aéreo 6
• Las pruebas de función pulmonar, como la disminución de la relación FEV1/FVC que indica obstrucción del flujo aéreo, pueden utilizarse para detectar el atrapamiento aéreo 6