Mecânica Respiratória

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Leonardo Vinícius Ribeiro Moreira 
BBPM III - Fisiologia 
 
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 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 abdome podem ser requisitados 
a auxiliar. 
O fluxo de ar no trato respiratório obedece 
às mesmas regras do fluxo sanguíneo: 
 
FLUXO ∝ △P/R 
 
1. O fluxo de ar ocorre em resposta a um 
gradiente de pressão (ΔP); 
2. O fluxo diminui à medida que a 
resistência (R) do sistema ao fluxo 
aumenta. 
OBS: as relações pressão-volume da lei de 
Boyle são a base da ventilação pulmonar. 
 
Tempo 0. Na breve pausa entre as 
respirações, a pressão alveolar é igual à 
pressão atmosférica (0 mmHg 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 1 mmHg abaixo 
da pressão atmosférica (-1 mmHg 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 pressão alveolar 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 aumenta 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. 
Tempo 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 1 mmHg acima da pressão 
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atmosférica. 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. 
Pressão intrapleural: a pressão intrapleural 
no fluido entre as membranas pleurais é 
normalmente subatmosférica, surgindo 
durante o desenvolvimento fetal, quando 
a caixa torácica associada com sua 
membrana pleural cresce mais 
rapidamente que o pulmão com sua 
membrana pleural associada. 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 -3 mmHg. 
 
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No início da inspiração, a pressão 
intrapleural é de cerca de -3 mmHg. À 
medida que a inspiração prossegue, a 
membrana pleural e os pulmões 
acompanham a expansão da caixa 
torácica devido a interações com o líquido 
pleural, porém o tecido pulmonar elástico 
resiste a ser estirado. A tendência de os 
pulmões ficarem o mais distante possível 
da caixa torácica faz a pressão intrapleural 
se tornar ainda mais negativa. 
Quanto mais profunda a respiração, mais 
trabalho é necessário para estirar o tecido 
elástico pulmonar. No final de uma 
inspiração tranquila, quando os pulmões 
são totalmente expandidos, a pressão 
intrapleural cai para aproximadamente -6 
mmHg. 
Durante a expiração, a caixa torácica 
retorna à sua posição de repouso. Os 
pulmões deixam a sua posição de 
estiramento, e a pressão intrapleural 
retorna ao seu valor normal de cerca de -3 
mmHg. 
OBS: a pressão intrapleural nunca se 
equilibra com a pressão atmosférica, pois a 
cavidade pleural é um compartimento 
fechado. 
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. 
A complacência refere-se à quantidade 
de força que deve ser exercida sobre um 
corpo para o deformar. Um pulmão de alta 
complacência pode ser estirado 
facilmente, já um pulmão com baixa 
complacência requer mais força dos 
músculos inspiratórios para ser 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. 
Um pulmão que é estirado facilmente (alta 
complacência) provavelmente apresenta 
perda do seu tecido elástico e, assim, não 
voltará ao seu volume de repouso quando 
a força que o mantém estirado cessa 
(baixa elastância). 
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. A 
partir desse resultado, os pesquisadores 
concluíram que o tecido pulmonar 
contribui menos para a resistência do que 
se pensava. Alguma outra propriedade do 
pulmão normal cheio de ar, uma 
propriedade não presente no pulmão 
cheio com solução salina, deve criar a 
maior parte da resistência ao estiramento. 
Essa propriedade é a tensão superficial 
criada pela fina camada de fluido entre as 
células alveolares e o ar. 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, 
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localizadas abaixo e ao lado delas, porém 
não são atraídas para os gases do ar na 
interface ar-líquido. A tensão superficial 
alveolar é semelhante à tensão superficial 
que existe em uma bolha esférica. A 
tensão superficial criada pelo fino filme de 
líquido é direcionada para o centro da 
bolha e cria pressão no interior dela. 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). Essa relação é 
expressa pela equação: 
 
P = 2T/r 
 
De acordo com a Lei de LaPlace, se duas 
bolhas têm a mesma tensãosuperficial (T), 
a bolha menor (menor raio) terá maior 
pressão (P). 
 
Normalmente, contudo, nossos pulmões 
secretam um surfactante que reduz a 
tensão superficial. Os surfactantes são 
moléculas que rompem as forças coesivas 
entre as moléculas de água. O surfactante 
é mais concentrado em alvéolos menores, 
tornando a 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. O surfactante humano é uma 
mistura que contém proteínas e 
fosfolipídeos, como: 
 Fosfatidilcolina monoenoica; 
 Fosfatidilglicerol; 
 Dipalmitoilfosfatidilcolina. 
OBS: esses surfactantes são secretados 
para o espaço de ar alveolar pelos 
pneumócitos tipo II. 
 
É importante ressaltar que o sistema 
respiratório não atua como um sistema 
perfeitamente elástico. Uma característica 
da curva P-V é a histerese, que é a 
separação dos ramos de insuflação e de 
esvaziamento das curvas P-V. A histerese 
ocorre principalmente devido às forças de 
tensão superficial presentes na superfície 
alveolar. 
 
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Os maiores volumes alveolares estão 
presentes nas áreas de ápice dos pulmões. 
Isso se deve ao fato de que há uma 
diferença de pressões intrapleurais (menos 
negativa nas bases) e também devido à 
gravidade. 
No entanto, o pulmão é mais fácil de ser 
insuflado a baixos volumes do que a 
grandes volumes, quando se torna mais 
rígido. Já que a pressão de expansão na 
base do pulmão é pequena, essa região 
apresenta um pequeno volume de 
repouso. Entretanto, por estar situado em 
uma parte íngreme da curva pressão-
volume, expande-se bem na inspiração. 
Em contraste, o ápice do pulmão 
apresenta grande pressão de expansão, 
grande volume de repouso e pequena 
alteração de volume na inspiração. 
Agora, quando se fala de diferenças 
regionais na ventilação, referimo-nos à 
alteração de volume por unidade de 
volume em repouso. A base do pulmão 
apresenta tanto maior alteração de 
volume quanto menor volume de repouso 
em comparação ao ápice. Assim, sua 
ventilação é melhor. 
OBS: embora seja relativamente pouco 
expandida em comparação ao ápice, a 
base do pulmão é mais bem ventilada. 
O outro fator, além da complacência, que 
influencia o trabalho respiratório é a 
resistência do sistema respiratório ao fluxo 
de ar. Cerca de 90% da resistência das vias 
aéreas, em geral, podem ser atribuídos à 
traqueia e aos brônquios, estruturas rígidas 
com a menor área de secção transversal 
total. Devido ao fato de essas estruturas 
serem sustentadas por cartilagens, o seu 
diâmetro normalmente não muda, e a sua 
resistência ao fluxo de ar é constante. No 
entanto, o acúmulo de muco devido a 
alergias ou a infecções pode aumentar 
significativamente a resistência das vias 
aéreas.