IB302 UFRRJ Biofísica (prof. Norma) - P3

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1ª aula 11/11:
Ciclo cardíaco
O coração é uma bomba porque é ele quem fornece energia para o sistema circulatório e que tenha o sangue o tempo inteiro se movendo. É através da contração, principalmente, dos ventrículos que se observa essa conversão de energia. 
Se o coração é um músculo, sabe-se que precisa de um estímulo para contrair, ou seja, de um potencial de ação passando pela membrana. Depois do potencial de ação, vai ser desencadeada a contração. 
O coração é formado por quatro câmaras ocas e paredes musculares, então quando há a contração, a área das câmaras se diminuem, provocando variações de pressão e consequentemente, de volume de sangue. 
O sangue que está circulando é sempre unidirecional, ele não volta.
Além do coração ser formado por essas 4 cavidades de parede muscular, tem um tecido fibroso que separa eletricamente os átrios dos ventrículos e que serve de assoalho para inserção das válvulas. Do ponto de vista elétrico, esse tecido isola os átrios dos ventrículos, então como que o potencial que surgiu no nódulo sinoatrial vai parar nos ventrículos? Porque há o que é chamado de tecido de condução átrio ventricular, então depois dos átrios o potencial passa pelo nó atrioventricular, feixe de hiss, fibra de purkinjie e chega no ventrículo, e o potencial de ação na fase 2 do platô entra cálcio e é desencadeada a contração do ventrículo. As valvas atrioventriculares são a bicúspide que separa o átrio direito do ventrículo direito e a mitral, que separa o átrio esquerdo e ventrículo esquerdo. O sangue que volta da circulação sistêmica, o primeiro ponto do sangue no coração é o átrio direito, que depois passa para o ventrículo direito. Há algo que separa o ventrículo direito da circulação pulmonar? Quando o ventrículo direito contrai ele ejeta sangue em direção aos pulmões, esse sangue o papel dele é troca gasosa e quando volta ao coração volta pelo lado esquerdo (átrio esquerdo -> ventrículo esquerdo). E quando o ventrículo contrai, há a válvula aórtica que separa ele da artéria aorta e quando ejeta sangue, joga para a aorta. 
O que provoca a abertura e fechamento das válvulas atrioventriculares? É o gradiente de pressão que existe entre as duas câmaras que ela está separando. Então sempre que tiver diferença de pressão entre átrios e ventrículos, as válvulas átrio ventriculares estarão fechadas. 
A válvula aórtica separa o ventrículo esquerdo da aorta, se há diferença de pressão entre os dois, esta válvula está fechada, quando as pressões são iguais, está aberta. 
O eletrocardiograma é um exame que detecta as variações de voltagem que acontecem no coração no meio extracelular provocado pelas células cardíacas.
Onda P significa a despolarização atrial.
Complexo QRS representa despolarização dos ventrículos.
Onda T é a repolarização dos ventrículos
Tem a onda T, mas não há a repolarização do átrio e mesmo não vendo isso, diz-se que o coração tá bem. Por quê? Porque a repolarização do átrio coincide com a despolarização do ventrículo. O ventrículo é maior que o átrio, isso quer dizer que tem mais membranas, mais canais, o que consequentemente na despolarização tem mais corrente passando. Isso quer dizer que a variação de voltagem que acontece no átrio na repolarização acontece ao mesmo tempo que a despolarização do ventrículo. Então a despolarização do ventrículo mascara a repolarização do átrio. 
A variação de voltagem que as outras células possuem é muito pequena para o aparelho detectar.
Mas se há uma onda P e é seguida de um QRS, como saiu do átrio e foi parar no ventrículo? Obviamente passaram por essas outras células, os nódulos e tecido de condução.
Direção da propagação do potencial de ação do coração: Nó sinoatrial - Átrio - Nó atrioventricular - feixe de hiss - fibra de purkinjie - ventrículo. 
Por que o potencial não muda de direção? Por causa do período refratário. A célula que foi despolarizada, despolariza uma próxima e esta não despolariza de volta. 
Coração contrai: sístole
Coração relaxado: diástole
Então antes de o marcapasso despolarizar, como está o potencial de ação das células? Em repouso e só saem se forem estimuladas. Se estão em repouso, o músculo está em diástole. Se o átrio e ventrículo estão em diástole, a válvula atrioventricular está aberta ou fechada? Ela está aberta. O sangue que está voltando para a circulação passa do átrio e vai direto para o ventrículo. As células marcapasso sofreram o potencial de ação, disparara o potencial, então vão despolarizar o átrio e se está se olhando o eletrocardioagrama, observa-se a onda P e não siginifica contração do átrio, apenas a despolarização, mas aos poucos ele vai contrair. Se há um catéter de pressão medindo o átrio no momento que ele contrair, vai notar um aumento da pressão, pois a área vai diminuir. Mas se também estiver medindo a pressão no ventrículo, percebe-se que também ocorre aumento na pressão. Por quê? Porque o átrio ejetou sangue para dentro dele numa velocidade maior, o que causa aumento de pressão devido a maior quantidade de sangue. A essa altura, o potencial de ação já está chegando no ventrículo e ao chegar, percebe-se QRS, despolarização do ventrículo e depois, aos poucos, o ventrículo vai contrair, só que quando ele começar a contrair, cheio de sangue, a pressão desenvolvida ali vai ser muito alta. O que vai acontecer com a válvula que separa o átrio do ventrículo? Ela estava aberta, então vai fechar. Contração isovolumétrica, é a contração ventricular sem haver esvaziamento. Aumenta a pressão sem variar o volume. À medida que a pressão aumenta cada vez mais está distante da pressão do átrio, então a válvula atrioventricular está fechada. 
Existe um balde e esse balde tem duas comunicações, duas saídas, duas portas que se abrem e fecham. Quando tem diferença de pressão do balde e um compartimento, a porta fecha. Quando não tem, ela abre. O balde é o ventrículo e quem tá na frente é o átrio e depois, a aorta. Há duas portas, a válvula atrioventricular e a válvula aórtica. Quando o átrio e o ventrículo estão relaxados, a primeira está aberta e a outra, separa o ventrículo da circulação, existe uma pressão e é sempre mais alta que a do ventrículo, então está sempre fechada. Começa a passar sangue, ir pro ventrículo, ele quando começar a contrair gera um gradiente de pressão e fecha essa primeira porta (atrioventricular) e no momento, estão as duas portas fechadas. Nisso, começa a desenvolver pressão dentro do ventrículo, mas sem haver variação de volume, o que é chamada de contração isovolumica. A pressão vai chegar a um momento de igualdade com a pressão exterior, na aorta e quando elas se igualam, a válvula se abre e se o ventrículo está sendo contraído, o líquido é empurrado para o novo compartimento. Dessa forma, as duas pressões vão aumentar, porém de forma equivalente, pois o ventrículo está contraindo e ejetando sangue para a aorta. Em algum momento essa contração termina, por isso existe uma curva aumentando e começa a declinar, no ventrículo porque começa a relaxar e na aorta, porque ela não é fechada. Então a pressão desce muito mais no ventrículo que na aorta, e dai, a válvula e fecha. O ventrículo começa a relaxar e o conteúdo de sangue é muito menor porque boa parte foi para a circulação e a pressão começa a cair de forma significativa, que é chamado de relaxamento isovolumica, sem haver variação de volume. Durante esse tempo, a pressão do átrio vai aumentando lentamente e do ventrículo, caindo, até chegar a um momento que vão se igualar e a válvula atrioventricular vai se abrir. 
Gráfico cardiograma:
Subida de pressão no átrio significa contração do átrio. A pressão do ventrículo acompanhou, pois foi mais sangue pra dentro dele. A válvula mitral fecha, pois houve diferença de pressão e dai começa a contração insovolumica do ventrículo, sem mudança de volume. A pressão no ventrículo aumenta até chegar por volta de 80, quando a válvula aortica abre, porque as pressões se igualaram, nesse momento, é a ejeção ventricular, com saída de sangue do ventrículo.A válvula aortica se fecha e começa o relaxamento ventricular isovolúmico, a pressão do ventrículo está caindo e a do átrio aumentando gradativamente, quando as duas se igualarem a válvula atrioventricular se abre. Depois disso, tem o enchimento rápido que é porque o sangue acumulado do átrio entra rápido quano a válvula atrioventricular se abre. A fase de enchimento reduzido é devido o sangue voltar a circulação, passando pelo átrio e indo ao ventrículo. 
Sempre se encontra o coração em duas situações: átrio em sístole e ventrículo em diástole, ou átrio em diástole e ventrículo em sístole?
A maior parte do enchimento ventricular vem quando os dois estão relaxados, pois quando o átrio contrai ele enche muito pouco o ventrículo. 
Os dois estão relaxados, dai o átrio contrai, relaxa e o ventrículo contrai e ejeta sangue pra fora.
A primeira bulha cardíaca é provocada pelo fechamento das válvulas átrioventriculares, e o sangue que passava ali bate nela, causando vibrações. A segunda bulha representa o choque do sangue com a valva aórtica. 
Um sopro circulatório é fisiologico ou patológico. O sopro cardíaco é sempre patológico, e são audíveis em função do refluxo de sangue, pois ou as válvulas não abrem ou não se fecham totalmente, então ouve-se o barulho normal e após ele um chiado, que é o sangue que ainda vai passar. A válvula fecha, mas não totalmente, e ai o ventrículo começa a contrair para conseguir abrir a outra válvula para pôr sangue para fora, o que faz com que o sangue sempre volte pro átrio.
Alça pressão-volume ventricular (esquerdo)
1-2: Contração isovolúmico 4: Abertura válvula mitral
2-3: Ejeção ventricular rápida/lenta 1: Fechamento válvula mitral 
3-4: Relaxamento isovolúmico 2: Abertura válvula aórtica
4-1: Enchimento ventricular rápido/lento 3: Fechamento válvula aórtica
Débito cardíaco: quantidade de sangue ejetada na circulação pulmonar ou sistêmica por unidade de tempo (ml/min)
Débito sistólico: quantidade de sangue ejetada pelo ventrículo em cada contração (ml)
DC = DS x FC (frequência cardíaca)
Volume sistólico final ou volume Residual: volume no ventrículo após a sístole (volume de sangue que sobra) (ml)
Volume diastólico final: volume no ventrículo antes da ejeção (ml)
Retorno venoso: é a quantidade de sangue que volta pro coração (átrio direito) (ml/min)
2ª aula 18/11:
Mecânica Respiratória
Na célula é o local onde há produção de gás carbônico e consumo de oxigênio. Nos pulmões é onde ocorre a chegada do oxigênio.
Pensando só no gás carbônico: produção de gás carbônico no interior da célula, onde teria a maior quantidade dele. 
A passagem de oxigênio pelos locais acontece por difusão, então no sangue ele é carreado principalmente na forma de bicarbonato e quando chega no ventrículo direito, quando contrai, joga sangue para o pulmão. Então esse sangue que vai pro pulmão vai fazer troca, e aí ele é permeável tanto a parede do capilar quanto ao alvéolo, o processo de troca ocorre obedecendo somente ao gradiente de concentração. Depois do processo de troca, esse sangue vai para o lado esquerdo do coração, então quando o ventrículo esquerdo contrai, ele é ejetado para a circulação e essa circulação que é responsável pela nutrição dos tecidos.
Pressão parcial do CO2: ela é alta nos tecidos, porque é o local onde produz, continua alta na circulação e ao chegar nos pulmões, ela diminui.
O2: as células é onde se encontra a menor quantidade de oxigênio e à medida que vai para a circulação, aumenta a quantidade de oxigênio e nos pulmões é onde tem maior quantidade.
O ar que a gente respira é uma mistura de gases, então esse ar tem uma pressão e cada um dos componentes colabora com parte dessa pressão total.
Não se fala mais em concentração, agora é pressão parcial. 
A respiração se inicia nas fossas, passa pela traquéia até que esta se bifurque em brônquio-fonte, que são o que entram no pulmão. E os brônquios vão sempre se ramificando por dicotomia, ou seja, dá sempre origem a dois novos. Essas divisões vão até a 16ª.
Das fossas nasais até esse ponto, os bronquiolos terminais, é chamado de espaço morto anatômico, vias áreas. É o local por onde o ar é somente conduzido do ambiente externo até os pulmões e servem também para condicionar o ar, tanto em temperatura e umidade.
Da 17ª (bronquilo respiratório) até a 23ª (sacos alveolares) , já é uma zona respiratória, onde ocorre a troca de gases. Porém, há alveolos que não fazem troca. Então além do espaço morto anatômico, pode ter o espaço morto fisiológico, este é a soma do espaço morto anatômico + alguns alveolos que não fazem troca.
Então, pela lógica, qual espaço é maior? O fisiológico. 
Por que houve queda da pressão parcial do oxigênio no gás alveolar? O alvéolo é o local de troca, então ele está sendo difundindo pra dentro do capilar, está obedecendo o gradiente.
E com relação ao CO2? Por que ele aumenta? Porque ele está sendo difundido do capilar para o alvéolo.
O processo de respiração é dividindo em mais dois processos: inspiração e expiração. 
Inspiração: Os pulmões estão localizados na caixa torácica, envolto por duas pleuras, a mais interna, a visceral, e a mais externa, a parietal. Entre elas, tem o líquido pleural e esse líquido diminui a fricção entre as duas pleuras que como é drenado pelo sistema linfático, produz uma pressão negativa entre as duas pleuras, chamada de pressão pleural. Depois da pleura parietal, se tem a caixa torácica propriamente dita. Quando se inspira, tem um músculo respiratório que é o diafragma (musc. estriado esquelético), então quando ele contrai, ele empurra a cavidade abdonimal pra baixo, diminui ela pra baixo, aumentando a altura da caixa torácica. Além do diafragma, pode-se contrair os músculos intercostais externos, que quando contraídos, empurram as costelas para frente, também aumentando o diâmetro da caixa torácica. Quando isso ocorre, as pleuras que estão aderidas à caixa, aumentam junto e consequentemente, o pulmão, que quando espandido, os alvéolos também aumentam.
O que ocorre com a pressão dentro do alvéolo? Diminui. Se considerar que o ar na altura das narinas é 0 de pressão, quando inspirar, cria-se um gradiente pressórico que é o que provoca a entrada de ar pros pulmões.
Inspirar é um processo ativo ou passivo? Ativo. Pois a primeira coisa que aconteceu foram as contrações dos músculos, que é um processo ativo. 
Expiração: No primeiro momento passiva e um segundo momento ativa.
Mesmo num processo de difusão, se tem movimento, tem energia, mas a energia é usada das próprias partículas. No processo de expiração é passivo, mas a energia tem de vir de algum lugar… Se o coração é elástico, quando estica um elástico, acumula energia potencial nele e por isso, a expiração do pulmão usa a energia acumulada na inspiração. Então após relaxar o músculo, está fazendo com que a caixa torácica volte ao normal e o pulmão fazer uma força para dentro, consequentemente aumentando a pressão nos alvéolos e fazendo o ar sair. 
Mas é possível forçar uma expiração, portanto não é mais passiva e sim ativa. E a partir daí estarão contraindo músculos acessórios, pode contrair o intercostal interno que quando contraido, diminui o espaço da caixa torácica, provocando um aumento da pressão dentro do alveólo, invertendo os gradientes. 
Para pôr ar pra dentro ou para fora, é necessário um gradiente de pressão.
Na inspiração se cria esse gradiente ativamente, aumentando o espaço da caixa torácica, contraindo o diafragma e os intercostais externos. 
Na expiração vai usar a energia acumulada da inspiração, portanto é passiva. Mas é possível forçar a expiração, contraindo um músculo para diminuir a caixa torácica, deixando de ser passiva e se tornando ativa.
No processo de inspiração a pressão pleural é ainda mais negativa, mas nunca será positiva. O que ocorre se ficar positiva? 
Se houver rompimento de pleura, pode-se criar o gradientepressórico que for, contrair o músculo que for, mas não vai entrar ar. Uma pleura vai acompanhar e a outra não. A pleura não vai acompanhar a expansão da caixa torácica.
Pressão alveolar: pressão no interior dos alvéolos
Pressão transpulmonar: diferença da pressão do alvéolo e a pressão na pleura
Pressão pleural é sempre negativa e durante a inspiração ela fica mais negativa. 
A pressão alveolar cai e ainda na inspiração ela aumenta, por quê? Porque ao mesmo tempo que o alvéolo está expandido e a pressão caindo, começa a entrar o ar. 
E nesse tempo todo o volume pulmonar está aumentando. E durante a expiração, os gradientes vão se reverter. A pressão pleural vai aumentar, mas ficar menos negativa, pois não fica nunca positiva. A pressão alveolar sobe e consequentemente o volume pulmonar diminui.
O que significa quando diz-se que um pulmão é mais complacente que outro, comparando duas pessoas? Significa que o pulmão tem uma variação de volume maior numa mesma pressão aplicada.
A pressão aplicada para expandir a mesma coisa foi menor no pulmão cheio com salina. Ou seja, ele é mais complacente. 
O pulmão é o mesmo, então significa que a elasticidade é a mesma. Ao encher o pulmão de salina e perceber que ele ficou muito mais complacente, significou que além do elástico que precisa vencer para contrair, existe algo a mais que foi retirado pela salina.
Esse fator é a Tensão Superficial. 
Há células chamadas de pneumatócitos II, elas estão na parede do alvéolo e secretam um surfactante. O surfactante é um tensoredutor. Um de seus componentes são os fosfolipídeos, moléculas anfipáticas com uma região hidrofóbica e outra hidrofília. A cabeça hidrofília fica em contato com a água e a região hidrofóbica fica voltada para o ar. 
Lei de Laplace: P=2T/r (P = pressão ; r = raio ; T = tensão da parede)
Sem o surfactante: A tensão superficial é a mesma nos dois alvéolos. Uma pressão maior é necessária para manter aberto os alvéolos menores. Eles tenderiam a se esvaziar nos alvéolos maiores.
Com o surfactante: A tensão superficial fica reduzida nos alvéolos menores. A pressão nos dois alvéolos é a mesma. Os alvéolos ficam estabilizados e a tendência de um se esvaziar no outro é reduzida. O surfactante consegue estabilizar a tensão nos alvéolos menores, então mesmo chegando tanta pressão, ele permite que fiquem expandidos. 
São quatro volumes e quatro capacidades. O ar que é mobilizado na respiração normalmente, é chamado de volume corrente. Ao forçar uma inspiração, é mobilizado um volume maior, chamado de volume de reserva inspiratório. Ao forçar a expiração, mobiliza um volume chamado de volume de reserva expiratório, mas por mais que se force a saída de ar, o pulmão nunca ficará totalmente vazio. Esse volume que fica é chamado de volume residual.
As capacidades é a soma de alguns desses volumes.
Quando se soma o volume corrente + volume de reserva inspiratório = capacidade inspiratória. Ao somar o volume de reserva expiratório + volume residual = capacidade residual funcional. Se somar o volume corrente + reserva inspiratório + expiratória = capacidade vital. 
E se somar os quatro volumes, corrente + inspiratório + expiratória + residual = capacidade pulmonar total.