Fisiologia Respiratória Ventilação

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20/10/2021 
Isabela Leal 
–
 Ventilação 
Um único ciclo respiratório consiste em uma 
inspiração seguida por uma expiração. 
Os volumes pulmonares mudam durante a 
ventilação. 
Os fisiologistas e médicos avaliam a função 
pulmonar de uma pessoa medindo quanto ar ela 
move durante a respiração em repouso, e 
depois em esforço máximo. 
Estes testes de função pulmonar usam um 
espirômetro, um instrumento que mede o 
volume de ar movido a cada respiração. 
Atualmente, a maioria dos espirômetros em uso 
clínico são pequenas máquinas 
computadorizadas, em vez do espirômetro 
tradicional. 
Quando uma pessoa é conectada ao 
espirômetro tradicional por um bocal, e seu nariz 
é fechado com um grampo, o trato respiratório 
da pessoa e o espirômetro formam um sistema 
fechado. 
Quando a pessoa inspira, o ar move-se do 
espirômetro para dentro dos pulmões, e a pena 
de registro, a qual traça um gráfico em um 
cilindro que gira, move-se para cima. 
Quando a pessoa expira, o ar move-se dos 
pulmões de volta para o espirômetro, e a pena 
de registro move-se para baixo. 
 
Volumes Pulmonares 
O ar movido durante a respiração pode ser 
dividido em quatro volumes pulmonares: 
(1) Volume corrente; 
(2) Volume de reserva inspiratório; 
(3) Volume de reserva expiratório; 
(4) Volume residual. 
 
Os volumes pulmonares variam 
consideravelmente com a idade, o sexo, a altura 
e o peso, e, assim, os médicos usam algoritmos 
com base nesses parâmetros para calcular os 
volumes pulmonares. 
“Respire calmamente.” O volume de ar que se 
move durante uma única inspiração ou 
expiração é denominado volume corrente (Vc). 
O volume corrente médio durante uma 
respiração espontânea (ventilação basal) é de 
cerca de 500ml. 
É difícil respirar normalmente quando a pessoa 
está pensando sobre a sua respiração, por isso 
o examinador pode não dar essa instrução. 
“Agora, no final de uma inspiração tranquila, você 
deve inspirar o máximo de ar adicional que for 
possível.” 
O volume adicional inspirado, acima do volume 
corrente, representa o seu volume de reserva 
inspiratório (VRI). 
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Em um homem de 70kg, este volume é de 
cerca de 3000ml, aproximadamente seis vezes 
mais do que o volume corrente normal. 
“Agora, pare no final de uma expiração normal 
e, em seguida, expire tanto ar quanto for 
possível.” 
Essa quantidade de ar expirado vigorosamente 
após o final de uma expiração espontânea é o 
volume de reserva expiratório (VRE), que é, em 
média, cerca de 1100ml. 
O quarto volume não pode ser medido 
diretamente. 
Mesmo se você soprar o máximo de ar que 
puder, ainda restará ar nos pulmões e nas vias 
aéreas. 
O volume de ar presente no sistema respiratório 
após a expiração máxima – cerca de 1200ml – é 
chamado de volume residual (VR). 
A maior parte desse volume residual existe 
porque os pulmões são mantidos estirados 
aderidos pelo líquido pleural às costelas. 
Capacidades Pulmonares 
O somatório de dois ou mais volumes 
pulmonares é chamado de capacidade. 
 
A capacidade vital (CV) é a soma do volume de 
reserva inspiratório, volume de reserva 
expiratório e volume corrente. 
A capacidade vital represente a quantidade 
máxima de ar que pode ser voluntariamente 
movida para dentro ou para fora do sistema 
respiratório a cada respiração (ciclo ventilatório). 
Ela diminui com a idade, quando os músculos 
enfraquecem e os pulmões se tornam menos 
elásticos. 
Para medir a capacidade vital, a pessoa que está 
sendo testada inspira o máximo de volume 
possível e, em seguida, expira tudo o mais rápido 
que puder. 
Esse teste de capacidade vital forçada permite 
que o médico possa medir o quão rápido o ar 
deixa as vias aéreas no primeiro segundo da 
expiração, uma medida conhecida como VEF1, 
ou volume expiratório forçado em 1 segundo. 
O VEF1 diminui em certas doenças pulmonares, 
como a asma, e também com a idade. 
A capacidade vital somada ao volume residual é 
a capacidade pulmonar total (CPT). 
Outras capacidades importantes são a 
capacidade inspiratória (volume corrente + 
volume de reserva inspiratório) e a capacidade 
residual funcional (volume de reserva expiratório 
+volume residual). 
 
Ventilação e Pressões 
 O ar flui devido ao gradiente de pressão. 
A respiração é um processo ativo que requer 
contração muscular. 
O ar flui para dentro dos pulmões devido ao 
gradiente de pressão criado por uma bomba. 
No sistema respiratório, os músculos da caixa 
torácica e o diafragma funcionam como uma 
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bomba, uma vez que a maior parte do tecido 
pulmonar é um fino epitélio de troca. 
Quando esses músculos se contraem, os 
pulmões expandem-se, uma vez que estão 
presos à parede interna do tórax pelo líquido 
pleural. 
Os músculos primários envolvidos na respiração 
espontânea (respiração em repouso) são o 
diafragma, os intercostais externos e os 
escalenos. 
Durante a respiração forçada, outros músculos 
do tórax e do abdômen podem ser requisitados 
a auxiliar. 
O fluxo de ar no trato respiratório obedece às 
mesmas regras do fluxo sanguíneo: 
 
Esta equação significa que o fluxo de ar ocorre 
em resposta a um gradiente de pressão (ΔP) e 
o fluxo diminui à medida que a resistência (R) do 
sistema ao fluxo aumenta. 
 A inspiração ocorre quando a pressão alveolar 
diminui. 
Para que o ar possa se mover para dentro dos 
alvéolos, a pressão dentro dos pulmões deve ser 
mais baixa do que a pressão atmosférica. 
De acordo com a lei de Boyle, um aumento no 
volume gera uma redução na pressão. 
 
Durante a inspiração, o volume torácico aumenta 
quando certos músculos esqueléticos da caixa 
torácica e o diafragma se contraem. 
Quando o diafragma contrai, ele desce em 
direção ao abdômen. 
Na respiração tranquila, o diafragma move-se 
cerca de 1,5cm, aumentando o volume torácico. 
 
A contração do diafragma causa de 60% a 75% 
da modificação do volume inspiratório durante 
uma respiração espontânea normal. 
O movimento da caixa torácica cria os 25% a 
40% restantes da modificação do volume. 
Durante a inalação, os músculos intercostais 
externos e escalenos contraem e tracionam as 
costelas para cima e para fora. 
O movimento das costelas durante a inspiração 
tem sido comparado a uma ação de alavanca, 
que eleva toda a caixa torácica (as costelas 
movem-se para cima e para longe da coluna). 
E também com um movimento de alça de balde, 
uma vez que há um aumento da distância lateral 
entre as paredes do balde (as costelas movem-
se para fora). 
 
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A combinação desses dois movimentos amplia a 
caixa torácica em todas as direções. 
À medida que o volume torácico aumenta, a 
pressão diminui, e o ar flui para dentro dos 
pulmões. 
Por muitos anos, a respiração espontânea ou 
basal foi atribuída somente à ação do diafragma 
e dos músculos intercostais externos. 
Pensava-se que os músculos escaleno e 
esternocleidomastóideo eram ativos apenas 
durante a respiração profunda. 
Entretanto, dados recentes têm mudado nosso 
entendimento de como esses músculos 
acessórios contribuem para a respiração basal. 
 A inspiração e alterações na pressão alveolar. 
É importante interpretar os gráficos para 
entender todo o processo. 
Lembre-se que a pressão atmosférica recebe o 
valor de 0 mmHg. 
Números negativos designam pressões 
subatmosféricas, e números positivos denotam 
pressões maiores do que a atmosférica. 
 
Tempo 0 -> Na breve pausa entre as 
respirações, a pressão alveolar é igual à pressão 
atmosférica (0mmHg no ponto A1). 
Quando as pressões são iguais, não há fluxo de 
ar. 
Tempo 0 a 2 segundos: inspiração. 
Quando a inspiração inicia, os músculos 
inspiratórios contraem, e o volume torácico 
aumenta. 
Com o aumento do volume, a pressão alveolar 
diminui cerca de 1mmHg abaixo da pressão 
atmosférica (1mmHg, ponto A2), e o ar flui para 
dentro dos alvéolos (ponto C1 a C2). 
A mudança do volume torácico ocorre mais 
rapidamente do que a velocidade do ar fluindo 
para dentro dos pulmões, e, assim, a pressãoalveolar atinge o seu valor mais baixo no meio 
do processo de inspiração (ponto A2). 
Como o ar continua a fluir para dentro dos 
alvéolos, a pressão aumento até a caixa torácica 
parar de expandir-se, imediatamente antes do 
término da inspiração. 
O movimento do ar continua por mais uma 
fração de segundo, até que a pressão dentro 
dos pulmões se iguala à pressão atmosférica 
(ponto A3). 
Ao término da inspiração, o volume pulmonar 
está no seu valor máximo no ciclo respiratório 
(ponto C2), e a pressão alveolar é igual à pressão 
atmosférica. 
 A expiração e alterações na pressão alveolar. 
A expiração ocorre quando a pressão alveolar 
aumenta. 
Ao final da inspiração, os impulsos dos neurônios 
motores somáticos para os músculos 
inspiratórios cessam, e os músculos relaxam. 
A retração elástica dos pulmões e da caixa 
torácica leva o diafragma e as costelas para as 
suas posições originais relaxadas, da mesma 
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maneira que um elástico esticado retorna ao seu 
tamanho original quando é solto. 
Devido ao fato de a expiração durante a 
respiração em repouso envolver a retração 
elástica passiva, em vez da contração muscular 
ativa, ela é chamada de expiração passiva. 
Tempo de 2 a 4 segundos: expiração. 
Como os volumes pulmonares e torácicos 
diminuem durante a expiração, a pressão de ar 
nos pulmões aumenta, atingindo cerca de 1mmHg 
acima da pressão atmosférica no ponto A4. 
A pressão alveolar é agora maior do que a 
pressão atmosférica, de modo que o fluxo de ar 
se inverte, e o ar move-se para fora dos 
pulmões. 
Tempo 4 segundos -> No final da expiração, o 
movimento de ar cessa quando a pressão 
alveolar novamente se iguala à pressão 
atmosférica (ponto A5). 
O volume pulmonar atinge o seu valor mínimo 
dentro do ciclo respiratório (ponto C3). 
Nesse ponto, o ciclo respiratório terminou e está 
pronto para ser iniciado novamente com a 
próxima respiração. 
As diferenças de pressão aplicam-se à 
respiração em repouso (basal). 
Durante o exercício ou a respiração forçada, 
esse volume se torna proporcionalmente maior. 
A expiração ativa ocorre durante a exalação 
voluntária e quando a ventilação excede 30 a 40 
ciclos ventilatórios por minuto. 
A taxa de ventilação normal em repouso é de 12 
a 20 ciclos ventilatórios por minuto para um 
adulto. 
A expiração ativa usa os músculos intercostais 
internos e os músculos abdominais, os quais não 
são utilizados durante a inspiração. 
Esses músculos são coletivamente chamados de 
músculos expiratórios. 
Os músculos intercostais internos revestem a 
superfície interna da caixa torácica. 
Quando se contraem, eles puxam as costelas 
para dentro, reduzindo o volume da cavidade 
torácica. 
Os intercostais internos e os intercostais 
externos funcionam como grupos de músculos 
antagonistas para alterar a posição e o volume 
da caixa torácica durante a ventilação. 
O diafragma, entretanto, não possui músculos 
antagonistas. 
Em vez disso, os músculos abdominais contraem 
durante a expiração ativa para suplementar a 
atividade dos intercostais internos. 
Pressão Intrapleural e Ventilação 
A ventilação requer que os pulmões, os quais 
não podem se contrair ou se expandir por conta 
própria, movam-se em associação com a 
contração e o relaxamento do tórax. 
Como observamos no início deste capítulo, os 
pulmões estão inseridos no saco pleural. 
A superfície dos pulmões é coberta pela pleura 
visceral, e a porção pleural que reveste a 
cavidade torácica é chamada de pleura parietal. 
As forças de coesão do líquido intrapleural 
promovem a adesão dos pulmões à caixa 
torácica. 
Quando a caixa torácica se movimenta durante 
a respiração, os pulmões movem-se junto. 
 Pressão Intrapleural Subatmosférica 
A pressão intrapleural no fluido entre as 
membranas pleurais é normalmente 
subatmosférica. 
Esta pressão subatmosférica surge durante o 
desenvolvimento fetal, quando a caixa torácica 
associada com sua membrana pleural cresce 
mais rapidamente que o pulmão com sua 
membrana pleural associada. 
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As duas membranas pleurais são mantidas unidas 
pelo líquido pleural, de modo que os pulmões são 
forçados a se estirarem, a fim de se adaptarem 
ao maior volume da cavidade torácica. 
Ao mesmo tempo, no entanto, o recolhimento 
elástico dos pulmões cria uma força direcionada 
para dentro, que tenta puxar os pulmões para 
longe da caixa torácica. 
A combinação da caixa torácica puxando para 
fora e a retração elástica dos pulmões puxando 
para dentro cria uma pressão intrapleural 
subatmosférica de cerca de -3mmHg. 
 
Ventilação 
Complacência/Surfactante 
 Complacência 
A ventilação adequada depende da habilidade dos 
pulmões de se expandirem normalmente. 
A maior parte do trabalho respiratório é gasto 
para superar a resistência elástica dos pulmões e 
da caixa torácica ao estiramento. 
Clinicamente, a habilidade do pulmão de se estirar 
é chamada de complacência. 
Complacência refere-se à quantidade de força 
que deve ser exercida sobre um corpo para o 
deformar. 
No pulmão, podemos expressar a complacência 
como uma alteração do volume (V), que é 
resultado de uma força ou pressão (P) exercida 
sobre o pulmão: V/P. 
Um pulmão de alta complacência pode ser 
estirado facialmente 
Um pulmão com baixa complacência requer mais 
força dos músculos inspiratórios para estirado. 
A complacência é o inverso da elastância (recuo 
elástico), que é a capacidade de resistir à 
deformação mecânica. 
A elastância também se refere à capacidade que 
um corpo tem de voltar à sua forma original 
quando a força que promove a sua deformação 
é removida. 
 Surfactante 
O surfactante diminui o trabalho respiratório. 
Durante anos, os fisiologistas assumiram que a 
elastina e outras fibras elásticas eram a fonte 
primária da resistência ao estiramento no pulmão. 
Contudo, estudos comparando o trabalho 
necessário para expandir pulmões cheios de ar 
e pulmões cheios de solução salina mostraram 
que os cheios de ar são mais difíceis de se inflar. 
Em qualquer interface ar-líquido, a superfície do 
líquido está sob tensão, como uma fina 
membrana sendo esticada. 
Quando o líquido é a água, a tensão superficial 
ocorre devido às ligações de hidrogênio entre as 
moléculas de água. 
As moléculas de água da superfície do líquido 
são atraídas por outras moléculas de água, 
localizadas abaixo e ao lado delas, porém não são 
atraídas para os gases do ar na interface ar-
líquido. 
A lei de LaPlace é uma expressão dessa pressão. 
Ela estabelece que a pressão (P) dentro de uma 
bolha formada por uma fina película de líquido é 
uma função de dois fatores: a tensão superficial 
do líquido (T) e o raio da bolha (r). 
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Essa relação é expressa pela equação. 
 
Se duas bolhas tiverem diâmetros diferentes, 
mas forem formadas por fluidos com a mesma 
tensão superficial, a pressão no interior da bolha 
menor é maior do que a pressão no interior da 
bolha maior? 
Como isso se aplica aos pulmões? 
Em fisiologia, podemos comparar a bolha ao 
alvéolo revestido por líquido (embora o alvéolo 
não seja uma esfera perfeita). 
O líquido que reveste todos os alvéolos gera 
tensão superficial. 
Se a tensão superficial (T) do líquido fosse a 
mesma nos alvéolos pequenos e nos grandes, os 
alvéolos pequenos teriam uma pressão maior 
dirigida para o interior do alvéolo do que os 
alvéolos maiores, e maior resistência ao 
estiramento. 
Como resultado, mais trabalho seria necessário 
para expandir os alvéolos menores. 
Normalmente, contudo, nossos pulmões 
secretam um surfactante que reduz a tensão 
superficial. 
 
Em inglês, “surface active agentes”, “agentes 
ativos de superfície” são moléculas que rompem 
as forças coesivas entre as moléculas de água 
ao se substituírem por água junto à superfície. 
Nos pulmões, o surfactante diminui a tensão 
superficial do líquido alveolar e, assim, diminui a 
resistência do pulmão ao estiramento. 
O surfactante é mais concentrado em alvéolos 
menores, tornandoa sua tensão superficial 
menor do que nos alvéolos maiores. 
A menor tensão superficial ajuda a igualar a 
pressão entre alvéolos de diferentes tamanhos e 
torna mais fácil inflar os alvéolos menores. 
Com uma tensão superficial menor, o trabalho 
necessário para expandir os alvéolos em cada 
ciclo ventilatório é bastante reduzido. 
Anotações do quadro: