respiracao_2023

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BIOFÍSICA DO
SISTEMA RESPIRATÓRIO
Adriana Fontes / adriana.fontes@ufpe.br
Departamento de Biofísica e Radiobiologia 
REVISÃO DOS CONCEITOS FÍSICOS BIOFÍSICA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO
FUNÇÃO DO SISTEMA RESPIRATÓRIO:
OXIGENAR O SANGUE E REMOVER CO2 DO MESMO.
TRANSFERÊNCIA DE CALOR PARA FORA E DENTRO DO CORPO.
PRODUZIR SONS.
COMPONENTES DO APARELHO RESPIRATÓRIO:
VIAS AÉREAS: BOCA, CAVIDADES NASAIS E FARINGE (QUE ESTÃO CONECTADAS À TRAQUÉIA POR
MEIO DA LARINGE).
TRAQUÉIA SE BIFURCA NOS BRÔNQUIOS -> BRONQUÍOLOS -> ALVÉOLOS
PULMÕES ENVOLVIDOS PELA PLEURA VISCERAL
OCUPAM 4/5 DA CAVIDADE TORÁCICA.
PAREDE TORÁCICA É UMA ESTRUTURA ELÁSTICA QUE
EM COMBINAÇÃO COM OS MOVIMENTOS DO
DIAFRAGMA PROMOVE VARIAÇÕES DE VOLUME DA
CAVIDADE TORÁCICA (PELE, TECIDO, ARCOS COSTAIS,
ESTERNO, CLAVÍCULA, COLUNA DORSAL, LIGAMENTOS,
MÚSCULOS, PLEURA PARIETAL, VASOS E NERVOS).
MÚSCULOS DA INSPIRAÇÃO (DIAFRAGMA, INTERCOSTAIS EXTERNOS E ACESSÓRIOS).
MÚSCULOS DA EXPIRAÇÃO (ABDOMINAIS E INTERCOSTAIS INTERNOS).
ÁRVORE 
BRONQUIAL
NÚMERO DE 
BRAÇOS
TRAQUÉIA
BRÔNQUIO PRIMÁRIO
BRÔNQUÍOLOS
RESPIRATÓRIOS
500.000
SACOS ALVEOLÁRES
8 MILHÔES
TERMINAIS DOS 
BRONQUÍOLOS
60000
ALVÉOLOS
TERMINAL DO 
BRONQUÍOLO
ZONA DE CONDUÇÃO
ZONA DE RESPIRAÇÃO
COMPONENTES DO APARELHO RESPIRATÓRIO:
ZONA DE TRANSIÇÃO
ZONA DE RESPIRAÇÃO
GÁS -> FLUIDO
Q = (P1 – P2) / R
R = (8 h L) / (p r4)
P = F /A
ESCOAMENTO LAMINAR OU TURBULENTO
ASSOCIAÇÃO DE RESISTÊNCIA
FLUXO TURBULENTO E TRANSICIONAL É
MAIS PROVÁVEL DE OCORRER NA
TRAQUÉIA. FLUXO LAMINAR É MAIS
PROVÁVEL EM PEQUENAS VIAS AÉREAS.
GÁS -> FLUIDO
2000
4000
 : laminar flow
Re 2000 - 4000 : transitional flow
: turbulent flow
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MECÂNICA RESPIRATÓRIA
SÓ HÁ FLUXO QUANDO HÁ DIFERENÇA DE PRESSÃO -> O AR FLUI POIS HÁ DIFERENÇA DE
PRESSÃO ENTRE OS PULMÕES E O MEIO EXTERNO.
O AR SEMPRE FLUI DO LOCAL DE MAIOR PARA O DE MENOR PRESSÃO.
O AR ENTRA NOS PULMÕES QUANDO A PRESSÃO É MENOR QUE A PRESSÃO ATMOSFÉRICA:
PROCESSO DE INSPIRAÇÃO.
O AR SAI DOS PULMÕES QUANDO A PRESSÃO É MAIOR QUE A PRESSÃO ATMOSFÉRICA:
PROCESSO DE EXPIRAÇÃO.
Q = (P1 – P2) / R
AR ENTRA NOS PULMÕES QUANDO P É NEGATIVA
(SUBATMOSFÉRICA) E SAI QUANDO P POSITIVA.
O CORPO MUDA A PRESSÃO NOS PULMÕES AUMENTANDO E
DIMINUINDO SEU VOLUME.
MAIOR O VOLUME -> MENOR A PRESSÃO.
DURANTE A INSPIRAÇÃO O VOLUME DOS PULMÕES AUMENTA
DEVIDO A CONTRAÇÃO DO DIAFRAGMA E EXPANSÃO DA
CAIXA TORÁCICA.
O VOLUME AUMENTA, A PRESSÃO CAI E O AR ENTRA NOS
PULMÕES.
DURANTE A EXPIRAÇÃO O DIFRAGMA RELAXA, A CAIXA
TORÁCICA VOLTA AO TAMANHO ORIGINAL.
O VOLUME DIMINUI, A PRESSÃO AUMENTA E O AR SAI DOS
PULMÕES.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
COMPLACÊNCIA E ELASTÂNCIA
QUANDO A ELASTÂNCIA (CONSTANTE DE MOLA) É GRANDE -> MAIS DIFÍCIL DEFORMAR
(ALTA RESISTÊNCIA PARA DEFORMAR) -> MENOS ELÁSTICO -> MENOR A COMPLACÊNCIA.
POR OUTRO LADO, QUANDO A ELASTÂNCIA É PEQUENA -> MAIS FÁCIL DEFORMAR ->
MAIS ELÁSTICO -> MAIOR A COMPLACÊNCIA.
PODEMOS USAR COMO SINÔNIMO DE COMPLACÊNCIA -> DISTENBILIDADE. 
A COMPLACÊNCIA DO PULMÃO DIMINUI CONFORME O VOLUME AUMENTA.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
INTERAÇÕES ADESIVAS E COESIVAS
INTERAÇÕES ADESIVAS E COESIVAS NOS FLUIDOS DENTRO E FORA DO PULMÃO TAMBÉM TEM PAPEL IMPORTANTE
NA RESPIRAÇÃO.
INTERAÇÕES ENTRE MOLÉCULAS PODEM SER ATRATIVAS OU REPULSIVAS. INTERAÇÕES ATRATIVAS ENTRE
MOLÉCULAS DO MESMO TIPO SÃO CHAMADAS COESIVAS E ENTRE MOLÉCULAS DIFERENTES SÃO CHAMADAS
ADESIVAS.
OS PULMÕES SÃO REVESTIDOS EXTERNAMENTE PELA PLEURA
VISCERAL E A FACE INTERNA DA CAIXA TORACICA PELA PLEURA
PARIETAL. EXISTE ENTRE ELAS O ESPAÇO INTRAPLEURAL, NO
QUAL UM FLUIDO, O LÍQUIDO PLEURAL, EXERCE FORÇAS
ADESIVAS. OS PULMÕES ESTÃO EM CONTATO COM A CAIXA
TORÁCICA ATRAVÉS DESSE LIQUIDO.
SÃO ESSAS FORÇAS QUE PERMITEM QUE OS PULMÕES
ACOMPANHEM O MOVIMENTO DA CAIXA TORÁCICA E ASSIM
MUDEM SEU VOLUME PARA CONTROLAR A PRESSÃO E,
PORTANTO, A ENTRADA E SAÍDA DE AR.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
INTERAÇÕES ADESIVAS E COESIVAS
A PRESSÃO INTRATORÁCICA DEVE SER SUBATMOSFÉRICA (NEGATIVA) PARA MANTER OS
PULMÕES EXPANDIDOS.
A PRESSÃO ENTRE OS PULMÕES E A CAIXA TORÁCICA AUMENTA E DIMINUI MAS SEMPRE
PERMANECE NEGATIVA -> ESSA PRESSÃO É CHAMADA PRESSÃO INTRATORÁCICA.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
TENSÃO SUPERFICIAL
A. CANCELAMENTO SIMÉTRICO DAS
FORÇA DE ATRAÇÃO INTRA-
MOLECULAR.
B. NA SUPERFÍCIE, A SIMETRIA É
DESTRUÍDA, ENTÃO NÃO HÁ O
CANCELAMENTO (EQUILÍBRIO) DAS
FORÇAS NA SUPERFÍCIE. EXISTE
UMA FORÇA RESULTANTE PARA
DENTRO.
FORÇAS COESIVAS EM LÍQUIDOS ATUAM NO SENTIDO DE CONTRAIR O MESMO PARA FAZER
SUA ÁREA A MENOR POSSÍVEL – FOMANDO GOTAS – A SUPERFÍCIE DESSE LÍQUIDO ESTÁ
ENTÃO SOB UMA TENSÃO QUE É CHAMADA TENSÃO SUPERFICIAL.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
A TENSÃO SUPERFICIAL É UMA PROPRIEDADE QUE SÓ EXISTE ENTRE DUAS FASES, POR
EXEMPLO AR E ÁGUA.
A TENSÃO SUPERFICIAL QUE ATUA NO LIQUIDO QUE FORMA UMA SUPERFÍCIE ESFÉRICA É:
T = P r / 2
QUANTO MENOR O RAIO, MAIOR É A PRESSÃO.
O QUE ACONTECE COM DUAS BOLHAS DE LÍQUIDO (BOLHAS DE SABÃO) QUE ESTÃO NO AR DE
DIMENSÕES DIFERENTES INTERLIGADAS?
ENCHER UM BALÃO*
NOS PULMÕES NÓS TEMOS OS ALVÉOLOS QUE
SÃO COMO AS BOLHAS DE SABÃO. HÁ AR NO SEU
INTERIOR E TAMBÉM HÁ UM LIQUIDO AO SEU
REDOR.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
EM VÍTIMAS DE ENFISEMA PULMONAR, MUITOS ALVÉOLOS DA PESSOA SE JUNTAM PARA FORMAR
POUCOS E GRANDES ALVÉOLOS. COMO QUANTO MAIOR O RAIO, MENOR A PRESSÃO -> QUANDO UMA
PESSOA COM ENFISEMA EXPIRA, SEU ALVÉOLO CRIA UMA MENOR PRESSÃO EM RELAÇÃO À
ATMOSFÉRICA E A QUANTIDADE DE AR QUE SAI É MENOR QUE O NORMAL.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
SURFACTANTE
A. CANCELAMENTO SIMÉTRICO
DAS FORÇA DE ATRAÇÃO INTRA-
MIOLECULAR
B. NA SUPERFÍCIE, A SIMETRIA É
DESTRUÍDA ENTÃO NÃO HÁ O
CANCELAMENTO (EQUILÍBRIO) DAS
FORÇAS NA SUPERFÍCIE. EXISTE
UMA FORÇA RESULTANTE PARA
DENTRO.
C. MOLÉCULAS DE SURFACTANTE
DISPERSÃO MOLÉCULAS DE ÁGUA
E REDUZ A ATRAÇÃO INTRA-
MOLECULAR DAS MOLÉCULAS DA
SUPERFÍCIE.
A TENSÃO SUPERFICIAL PODE SER TÃO GRANDE QUE É DIFÍCIL FAZER O ALVÉOLO INFLAR. ESSE
PROBLEMA CHAMADO DOENÇA DA MEMBRANA HIALINA OCORRE MAIS EM RECÉM-NASCIDOS. ESSES
BEBÊS TEM FALTA DE SURFACTANTE E POR ISSO RESPIRAM COM GRANDE ESFORÇO. O SURFACTANTE
NOS PULMÕES TEM O PAPEL DE CONTROLAR (REDUZIR) A TENSÃO SUPERFICIAL. ISSO TAMBÉM
ACONTECE COM VÍTIMAS DE AFOGAMENTO, A ÁGUA AUMENTA A TENSÃO SUPERFICIAL NOS ALVÉOLOS.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
SURFACTANTE
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
SURFACTANTE
O SURFACTANTE FAZ DOS ÁLVEOLOS COMO SE FOSSE UM BALÃO JÁ INFLADO. SE TORNA FÁCIL
COLOCAR AR DENTRO DELES.
SE NÃO FOSSE O SURFACTANTE OS ALVÉOLOS SE COMPORTARIAM COMO AS BOLHAS DE SABÃO E
OS ALVÉOLOS MENORES ENTRARIAM EM COLAPSO. O SURFACTANTE ATUA CONFORME A ÁREA DO
ALVÉOLO:
QUANTO MENOR O ALVÉOLO -> MAIOR O PAPEL DO SURFACTANTE (MAIS CONCENTRADO) -> REDUZ
BASTANTE A TENSÃO SUPERFICIAL -> REDUZ BASTANTE A PRESSÃO.
QUANTO MAIOR O ALVÉOLO -> MENOR O PAPEL DO SURFACTANTE (MENOS CONCENTRADO) ->
REDUZ MENOS A TENSÃO SUPERFICIAL -> REDUZ MENOS A PRESSÃO.
ISSO FAZ QUE ALVÉOLOS MAIORES E MENORES TENHAM APROXIMADAMENTE A MESMA PRESSÃO E
TRABALHEM ENTÃO COOPERATIVAMENTE.
INTERAÇÃO ENTRE O SISTEMA RESPIRATÓRIO E CIRCULATÓRIO
DIFUSÃO E A LEI DE FICK
SE VOCÊ COLOCAR UMA GOTA DE CORANTE EM ÁGUA, ELA SE ESPALHARÁ ATÉ A COR FICAR
UNIFORME -> ISTO É DIFUSÃO.
A VELOCIDADE DESSAS MOLÉCULAS DEPENDE DA MASSA E DA TEMPERATURA. É MAIOR PARA
MOLÉCULAS MENORES E ALTAS TEMPERATURAS.
PRIMEIRA DE LEI DE FICK -> A DIREÇÃO DA DIFUSÃO É SEMPRE DA MAIOR PARA A MENOR
CONCENTRAÇÃO. A TAXA (FLUXO) DE DIFUSÃO É DIRETAMENTE PROPORCIONAL A DIFERENÇA
DE CONCENTRAÇÃO ENTRE AS REGIÕES.
C = m/V e CM = n/V - J = Dm/Dt = -DA DC/Dx
Fluxo de soluto difundido pela área A num intervalo de tempo é proporcional ao
gradiente (linear) de concentração. D é o coeficiente de difusão e depende da
natureza do soluto e temperatura. O sinal menos indica que o fluxo é no sentido
contrário ao gradiente de concentração.
INTERAÇÃO ENTRE O SISTEMA RESPIRATÓRIO E CIRCULATÓRIO
DIFUSÃO E A LEI DEFICK
SANGUE PASSANDO PELOS CAPILARES ADJACENTES AOS ALVÉOLOS TROCAM GASES POR
DIFUSÃO ATRAVÉS DAS PAREDES DOS CAPILARES E DOS ALVÉOLOS. A DIFUSÃO DE GASES
ENTRE O AR NOS PULMÕES E O SANGUE É DA REGIÃO DE MAIOR PARA A MENOR
CONCENTRAÇÃO E A TAXA DE DIFUSÃO É MAIOR QUANDO A DIFERENÇA DE CONCENTRAÇÃO É
MAIOR.
INTERAÇÃO ENTRE O SISTEMA RESPIRATÓRIO E CIRCULATÓRIO
COMO A CONCENTRAÇÃO RELATIVA É QUE DETERMINA A DIREÇÃO DO GÁS, É
CONVENIENTE EXPRESSAR NUMERICAMENTE AS CONCENTRAÇÕES DE GÁS.
SE UMA MISTURA DE GASES OCUPA UM VOLUME, A PRESSÃO PARCIAL DE UM GÁS
É DEFINIDA COMO A PRESSÃO QUE ELE EXERCERIA SOBRE O RECIPIENTE
SOZINHO SE SOMENTE ELE OCUPASSE O RECIPIENTE -> LEI DE DALTON DAS
PRESSÕES PARCIAIS.
NORMALMENTE EXPRESSA-SE EM TERMOS DE PORCENTAGEM. A PRESSÃO TOTAL
EQUIVALE A 100% ENTÃO SE DIZ QUE UM GÁS É RESPONSÁVEL POR X% DA
PRESSÃO TOTAL.
PRESSÕES PARCIAIS – LEI DE DALTON
INTERAÇÃO ENTRE O SISTEMA RESPIRATÓRIO E CIRCULATÓRIO
PRESSÕES PARCIAIS – LEI DE DALTON
EXEMPLO
A ATMOSFERA É COMPOSTA POR DIVERSOS GASES. PODEMOS DIZER QUE A
PRESSÃO PARCIAL DO OXIGÊNIO NA ATMOSFERA É 20% DA PRESSÃO TOTAL. SE A
PRESSÃO TOTAL DA ATMOSFERA É 760 mmHg, A PRESSÃO PARCIAL DE OXIGÊNIO
É 20%(760) = 150 mmHg. NORMALMENTE EXPRESSAMOS PRESSÃO PARCIAL
COMO pO2 = 150 mmHg.
INTERAÇÃO ENTRE O SISTEMA RESPIRATÓRIO E CIRCULATÓRIO
PRESSÕES PARCIAIS – LEI DE HENRY
A LEI DE HENRY DIZ QUE CADA PRESSÃO PARCIAL DE CADA GÁS É DIRETAMENTE
PROPORCIONAL A SUA CONCENTRAÇÃO E PODE SER USADA PARA MEDIR SUA
CONCENTRAÇÃO.
ASSIM, PODEMOS USAR MEDIDAS DE PRESSÃO PARCIAL PARA VER COMO OCORRE A
DIFUSÃO E AS TROCAS DE GÁS ENTRE OS CAPILARES E ALVÉOLOS.
POR EXEMPLO: 20% DAS MOLÉCULAS NA ATMOSFERA SÃO DE OXIGÊNIO ENTÃO A
PRESSÃO PARCIAL DA ATMOSFERA É 20% DA PRESSÃO TOTAL OU pO2 = 150 mmHg.
SE NOS PULMÕES pO2 = 105 mmHg E NO SANGUE pO2 = 40 mmHg, A CONCENTRAÇÃO DE
OXIGÊNIO NOS PULMÕES É MUITO MAIOR QUE NO SANGUE E O OXIGÊNIO SERÁ
TRANSFERIDO PARA O SANGUE QUE É O LOCAL DE MENOR CONCENTRAÇÃO E MENOR
PRESSÃO.
INTERAÇÃO ENTRE O SISTEMA RESPIRATÓRIO E CIRCULATÓRIO
O GÁS SEMPRE FLUI DO LOCAL DE MAIOR PARA O DE MENOR PRESSÃO.
A PRESSÃO PARCIAL DE OXIGÊNIO NOS PULMÕES É MENOR QUE A ATMOSFÉRICA.
A PRESSÃO DO GÁS CARBÔNICO É MAIOR.
ARTÉRIAS
VEIAS
pO2 = 100 mmHg
pCO2 = 40 mmHg
pO2 = 40 mmHg
pCO2 = 46 mmHg
TECIDOSPULMÕES
pO2 = 100 mmHg
pCO2 = 40 mmHg
pO2 = 40 mmHg
pCO2 = 46 mmHg
pO2
pCO2
pO2
pCO2
MEDIDAS DE pO2 E pCO2 PODEM INDICAR PRESENÇA DE PROBLEMAS E DOENÇAS.
VISÃO GERAL DAS LEIS NA RESPIRAÇÃO
gasfluid PkC ×= solubility
AWRQP ×=D 
dx
dCDAVgas ×-=
2211 VPnRTVP ==
totali
total
total
i
i
PC
P
n
nP
×=
×=
MW
k
D solubilityµ
GÁS IDEAL