Fisiologia respiratória parte 1 biologia mecânica respiratória

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FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA
Profa. Maria Inês Lenz Souza
maria.souza@ufms.br
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FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA
esforço corporal moderado:
	► 1000L ar/dia
	► 8000L sangue/dia
	► 500L O2
	► 450L CO2
atividade metabólica x metabolismo basal
exercício:  40x
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VIAS DE CONDUÇÃO AÉREA 
fossas nasais  faringe  laringe  traquéia  brônquios

bronquíolos  bronquíolos terminais  bronquíolos respiratórios

ductos alveolares

sacos alveolares  alvéolos
ductos alveolares e sacos alveolares: revestidos por alvéolos
tecido cartilaginoso
músculo liso
300 milhões alvéolos/pulmão
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ESPAÇO MORTO ANATÔMICO
sem trocas gasosas  sem epitélio respiratório
condução do ar
umidificação: muco
aquecimento
purificação do ar: muco, cílios
odor, som, temperatura corpórea 
volume ar
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ESPAÇO MORTO FUNCIONAL OU FISIOLÓGICO
trato respiratório inferior sem troca gasosa
tamanho: ≈ espaço morto anatômico
perda de capacidade de troca gasosa
equação
CO2 diluído no espaço morto
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ESPAÇO MORTO FUNCIONAL OU FISIOLÓGICO
equação:
		VD = VC x PaCO2 – PECO2
 			PaCO2
VD = espaço morto fisiológico (mL)
VC = volume corrente (mL)
PaCO2 = PCO2 do sangue arterial (mmHg) 
PECO2 = PCO2 do ar expirado (mmHg)
volume do EMF é VC x uma fração
fração: diluição da PCO2 alveolar pelo EM (que não contribui com CO2)
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ANATOMIA FUNCIONAL
Zona de condução: fossas nasais  brônquios / bronquíolos terminais; 10% volume total pulmonar 
Zona de transição: bronquíolos respiratórios + ductos alveolares; 30% volume total 
Zona respiratória: alvéolos + capilares pulmonares; 60% volume total 
Caixa torácica: movimento + pressões
- pleuras parietal / visceral + espaço / líquido
- pressão negativa = expansão pulmonar repouso
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SISTEMA RESPIRATÓRIO
ZONA DE CONDUÇÃO
Traquéia
Brônquio primário
Árvore brônquica
Bronquíolo
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ALVÉOLO E SEU SUPRIMENTO SANGUÍNEO
Rede capilar
ao redor
dos alvéolos
Bronquíolo 
respiratório
Bronquíolo
terminal
Saco alveolar
Alvéolo
Vênula pulmonar
Arteríola pulmonar
Bronquíolo
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Pressão intrapleural
negativa x atmosférica
duas forças elásticas tracionando espaço intrapleural:
pulmões: propriedades elásticas com tendência ao colapso
parede torácica: propriedades elásticas com tendência à expansão
PIP (-): oposta à tendência natural 
PLEURAS E PRESSÃO INTRAPLEURAL (PIP)
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fibras elásticas
células epiteliais 
(pneumócitos I e II)
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ANATOMIA FUNCIONAL
Musculatura: fibra lisa
resistência x passagem ar vias aéreas 
R-2 adrenérgicos  relaxamento muscular liso (exercício)
histamina / leucotrienos  contração (reações alérgicas)
 resistência via aérea  contração muscular esquelética + forte  movimento ar   trabalho respiratório (asma) 
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INERVAÇÃO
SNA
simpático (Ad e agonistas 2 adrenérgicos (isoproterenol): broncodilatação
parassimpático (Ach, R-muscarínicos): broncoconstrição
R estiramento: parede alveolar / pleura visceral
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IRRIGAÇÃO
Circulação pulmonar:
venosa
capilares alveolares
hematose
efeitos gravitacionais
Circulação brônquica:
arterial 
nutrição tecido pulmonar
sem mistura com circulação pulmonar
1/3 sai coração: veias brônquicas, veias broncopulmonares
anastomoses broncopulmonares

veia pulmonar  AE
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CORAÇÃO DIREITO
CORAÇÃO ESQUERDO
PULMÕES
artéria pulmonar
veia pulmonar
átrio direito
átrio esquerdo
ventrículo direito
ventrículo esquerdo
válvula
tricúspide
válvula
mitral
veia cava
VEIAS
ARTÉRIAS
válvula
pulmonar
válvula
aórtica
Músculo
esquelético
Pele
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R
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MECÂNICA RESPIRATÓRIA
fluxos aéreos
renovação ar alveolar
PO2 / PCO2 constantes
P alvéolos x exterior
expansão / contração tórax
 torácico inspiratório =  volume pulmonar
 torácica expiratória =  volume pulmonar
dinâmica pulmonar
repouso, inspiração, expiração
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MECÂNICA RESPIRATÓRIA
forças: contração muscular
inspiração: ativa
	- músc. inspiratórios
	-  caixa torácica
	-  pressão intrapulmonar
expiração: inverso (passiva)
	- reversão P pulmões x atmosfera
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MOVIMENTO INSPIRATÓRIO
 torácico: vertical, lateral, ântero-posterior
músculo diafragma (nervo frênico)
contração:
	- diafragma  abdômen
	-  caixa torácica vertical
	- 1-10cm
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MOVIMENTO INSPIRATÓRIO
músc. intercostais externos
nervos intercostais
costelas: cima / fora
 volume torácico ântero-posterior
 lateral (“alça de balde”)
tensão espaços intercostais
músculos intercostais internos anteriores
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MOVIMENTO INSPIRATÓRIO
músc. acessórios
	- escaleno, trapézio, esternocleidomastóideo, outros
ativos em ventilações intensas
 costelas / esterno
armazenagem energia potencial
distensão tecidos elásticos pulmões e tórax
facilita expiração
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MOVIMENTO EXPIRATÓRIO
retração tecidos elásticos
liberação energia armazenada
exercício/hiperventilação voluntárias:
	- ativo
	- músc. expiratórios
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MOVIMENTO EXPIRATÓRIO
músc. oblíquos externo e interno, reto-abdominal, transverso abdominal
contração:
	- flexiona tronco
	-  últimas costelas e volume abdominal
	-  diafragma
músc. intercostais internos posteriores
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SOLUÇO
reflexo
fechamento súbito glote + contração espasmódica e involuntária diafragma + movimentos distensão e relaxamento
expulsão ar do estômago (entra na contração)
ruído
após ingestão líquido / sólido
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CONTRAÇÃO MUSCULAR ATIVA
retração elástica pulmões e tórax
resistência ao atrito: deformação tec. torácicos e pulmonares
resistência ao atrito: fluxo aéreo
> pressão aplicada  > distensão pulmonar
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PRESSÕES ENVOLVIDAS NA MECÂNICA RESPIRATÓRIA
pressão transpulmonar:
	- lados dentro / fora pulmão (intra-alveolar e PIP)
pressão transmural:
	- lados dentro / fora sistema pulmão – caixa torácica
pressão intrapleural:
	- pleuras parietal/visceral
	- -5 cmH2O
	- recuo elástico do pulmão
pressão alveolar:
	- alvéolos pulmonares
	- sem fluxo aéreo (entre respirações) = atmosférica
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MECÂNICA RESPIRATÓRIA
INSPIRAÇÃO:
 pressão alveolar (-1 cmH2O)
pressão de impulsionamento
entrada de 0,5 L em 2 segundos
 expansão pulmonar   recuo elástico
 PIP
EXPIRAÇÃO:
PIP menos negativa
pressão alveolar +1 cmH2O
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COMPLASCÊNCIA PULMONAR
compliância, capacitância
distensibilidade do sistema
variação volume x alteração pressão
resistência à deformação x grau de esforço
V(L)/P(cmH2O)
inclinação curva pressão-volume
200mL/cmH2O
 pressão expansão   rigidez pulmonar   complascência	
forças elásticas + tensão superficial (histerese)
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COMPLASCÊNCIA PULMONAR
forças elásticas + tensão superficial
ausência superposição curvas inspiração e expiração
histerese pulmonar
TENSÃO SUPERFICIAL
interfase gás-líquido
forças de atração (coesão) átomos x moléculas
pressão transpulmonar: alvéolo expandido
pneumócito tipo II: surfactante
agente tensoativo:  tensão superficial
lipídeos e proteínas (DPPC); íons Ca2+, apoproteínas
hidrófobas + hidrofílicas = alinhamento superficial
forças repulsivas x atrativas
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TENSÃO SUPERFICIAL
 tensão superficial
 complascência pulmonar
mantém estabilidade pequenos alvéolos
“seca” alvéolos (capilares pulmonares)
LEI DE LAPLACE
A pressão que tende a retrair um 
alvéolo é diretamente proporcional à
tensão superficial gerada pelas 
moléculas de líquido que revestem
o alvéolo, e inversamente 
proporcional ao raio do alvéolo
 raio
 pressão retração
mínimo pressão
 raio
 pressão retração
máximo pressão 
SURFACTANTE
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Alvéolo grande
Alvéolo pequeno
Alvéolo pequeno
com surfactante
Baixa pressão 
de retração
Alta pressão 
de retração
Baixa pressão
de retração
ATELECTASIA
RESISTÊNCIA PULMONAR
inverso da condutância
componentes não elásticos pulmão
resistência à alteração de volume
resistência das vias aéreas
- fluxo aéreo: laminar ou lamelar, turbulento, transicional
resistênciados tecidos: deslizamento
Q = P
 R
Q = fluxo de ar (mL/min. ou L/min.)
P = gradiente de pressão (mmHg ou cmH2O)
R = resistência vias aéreas (cmH2O)/L/s
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FLUXOS AÉREOS
Fluxo turbulento
Fluxo transicional
Fluxo laminar
Localização e modelos de fluxos
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Fatores que determinam a resistência das vias aéreas
ciclo respiratório
fatores intra / extrapulmonares
variações fluxo aéreo
Fatores:
	- volume pulmonar
	- retração elástica
	- tônus músc. liso
	- densidade / viscosidade gasosas
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Fatores que determinam a resistência das vias aéreas
volume pulmonar
 distensão   diâmetro vias aéreas intrapulmonares   resistência total
inspiração:  fluxo ( resistência)
expiração:  fluxo ( resistência)
efeito da fixação mecânica brônquios x alvéolos
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Fatores que determinam a resistência das vias aéreas
retração elástica
 retração elástica  > raio   resistência 
 pressão transmural (PIP + negativa)
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Fatores que determinam a resistência das vias aéreas
tônus do músc. liso; brônquios
influência nervosa e humoral
contração   vias aéreas   resistência
Parassimpático (vago): broncoconstrição 
Simpático: broncodilatação
receptores de distensão: vias aéreas
tronco cerebral
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Fatores que determinam a resistência das vias aéreas
 distensão   diâmetro vias aéreas intrapulmonares   resistência total
 retração elástica  > raio   resistência
dilatação   vias aéreas   resistência (simpático)
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Fatores que determinam a resistência das vias aéreas
densidade e viscosidade gasosas
mergulho profundo: > densidade / viscosidade gás   resistência
respirar Hélio-O2: < densidade / viscosidade gás He   resistência
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VOLUMES PULMONARES 
1. VOLUME CORRENTE (VC): ar inspirado/expirado movimento respiratório normal
2. VOLUME DE RESERVA INSPIRATÓRIO (VRI): ar inalado sobre/além VC (esforço inspiratório máximo)
3. VOLUME DE RESERVA EXPIRATÓRIO (VRE): ar expelido expiração forçada
4. VOLUME RESIDUAL (VR): ar permanece mesmo após esforço expiratório máximo 
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CAPACIDADES PULMONARES 
1. CAPACIDADE INSPIRATÓRIA (CI): VC + VRI
2. CAPACIDADE RESIDUAL FUNCIONAL (CRF): VRE + VR
3. CAPACIDADE VITAL (CV) ou CAPACIDADE VITAL FORÇADA (CVF): VRI + VC + VRE 
4. CAPACIDADE PULMONAR TOTAL (CPT): CV + VR 
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TROCAS GASOSAS
eupnéia 
dispnéia
taquipnéia 
bradipnéia 
anóxia 
hipóxia 
estertores 
Princípios físicos de trocas de gases 
CO2, O2 e N2
alvéolos x capilares pulmonares
solubilidade: CO2 > O2  difusão + rápida
troca gasosa: difusão 
- P (O2 x CO2) + tempo permanência ar alvéolos + velocidade FS capilares alveolares
PRESSÕES DOS GASES NO AR INSPIRADO E ALVEOLAR
PRESSÕES PARCIAIS NO AR INSPIRADO 
E NO AR ALVEOLAR
Ar inspirado
Ar alveolar
Pressão
Total
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MEMBRANA RESPIRATÓRIA ou ALVEOLAR
líquido água + surfactante
epitélio alveolar (cél. epiteliais escamosas tipo I)
espaço intersticial
membrana basal fundida (cél. endoteliais e epiteliais)
membrana endotelial capilar
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ESTRUTURA DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA
membrana
respiratória
epitélio escamoso
simples do alvéolo
membrana basal
alveolar
membrana basal
capilar
epitélio escamoso
simples do capilar
fluido intersticial
ALVÉOLO
CAPILAR
PULMONAR
Em muitas regiões não há fluido intersticial.
O2 e CO2 podem difundir-se facilmente
através da fina membrana respiratória.
A membrana respiratória tem cerca de 
0,5m de largura.
Fatores que afetam o intercâmbio alvéolo-sanguíneo 
área de superfície da membrana respiratória 
espessura da membrana respiratória 
coeficiente de difusão do gás: CO2 > O2
gradiente pressão / concentração gás: Pp gás  intercâmbio 
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Concentração de O2 e CO2 nos alvéolos (e Pp): 
O2:
velocidade absorção O2  sangue
velocidade entrada novo O2  pulmões (processo ventilatório)
CO2:
velocidade eliminação CO2 sangue  alvéolos
velocidade remoção CO2 alvéolos (processo respiratório)
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