Biofísica do Sistema Respiratório

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BIOFÍSICA DA RESPIRAÇÃO 
 
Profa Deise Felício 
 
“O2 - energia que o ser humano 
busca no ambiente” 
BIOFÍSICA DA RESPIRAÇÃO 
• Seres vivos 
 aeróbios - O2 
 anaeróbios - O2 apenas em circunstâncias 
especiais 
• Troca de O2 e CO2 por difusão simples 
SISTEMA CIRCULATÓRIO 
+ 
SISTEMA RESPIRATÓRIO 
O Funcionamento do Sistema Respiratório se da 
por: 
1 CICLO DE 2 HEMICÍRCULOS 
• 1º INSPIRAÇÃO 
aspiração de AR atmosférico para uma estrutura 
bastante permeável, onde entra em contato 
com o sangue. 
• 2º EXPIRAÇÃO 
AR pulmonar é expelido para o ambiente, 
carreando CO2 para fora. 
 Este esquema é necessário para manter a 
homeostasia do meio interno. 
 
LEI DOS GASES E SUAS 
APLICAÇÕES BIOLÓGICAS 
• Volume - força de repulsão maior do que a força de 
atração. 
• Pressão - choque das moléculas (força/área). 
• Temperatura - ºK = 273 + ºC 
• Condições Padrão NPT 
 temperatura ºK = 273 + ºC 
 pressão - 1 atm ou 760 mmHg 
 volume - 1 mol de gás ideal para 22,4L 
Lei de Boyle- Mariotte: “ O volume de gás é 
inversamente proporcional à pressão, mantida 
constante a temperatura” 
P1V1=PV2 
Lei de Gay- Lussac- Charles: “ O volume de um 
gás é diretamente proporcional à temperatua 
absoluta, mantida a pressão constante” 
V1T2=V2T1 
Lei Geral dos Gases: Representa a combinação 
das duas leis anteriores. 
EQUAÇÃO 
pV=nrt 
• P- pressão 
• V – volume 
• n – número de moléculas 
• r – constante universal dos gases 
• T - temperatura absoluta 
Lei de Dalton: “ A pressão total de uma mistura 
de gases é igual à soma da pressão de cada 
componente” 
Par=Pn2 + PO2 + PH2O + PCO2 + PG 
Lei de Henry: “ O volume de um gás dissolvido 
em um liquido é proporcional à pressão do gás 
sobre o liquido, a um fator de solubilidade e ao 
volume do liquido” 
Vd=P X f X V1 
Vd = volume dissolvido 
P = pressão (torr) 
f = fator de solubilidade 
V1 = volume de liquido 
 
Lei de Grahan: “ A difusão de um gás é 
inversamente proporcional à raiz quadrada de 
sua massa molecular” 
v = 1/√M 
v = Cs.T.A.∆P 
 √ M.L.n 
Cs = coeficiente de solubilidade 
T = temperatura 
A = área de difusão 
∆P = coeficiente de pressão 
M = massa molecular 
L = distancia 
n = viscosidade 
O ATO DE RESPIRAR 
INSPIRAÇÃO 
• Elevação das costelas 
• Abaixamento do diafragma 
• Dilatação do tórax 
• O pulmão acompanha a pressão negativa intrapleural. 
 Segue a 2ª Lei da Termodinâmica 
EXPIRAÇÃO 
• Tórax e diafragma diminuem o volume torácico interno: 
AR expulso dos pulmões. 
AR QUE ENTRA A SAI DOS PULMÕES: 
VENTILAÇÃO PULMONAR 
• Inspiração: com trabalho muscular. 
• Expiração: passiva em condições normais. 
• Alteração na dinâmica das pleuras 
 pneumotórax 
 derrame pleural 
Medidas Espirográficas 
Medida do ar que entra e sai do 
pulmão; 
Teste que auxilia na prevenção e 
permite diagnóstico e qualificação de 
distúrbios respiratórios; 
 
 
Volumes e Capacidades Pulmonares 
CONCEITO DE VOLUMES E CAPACIDADES 
RESPIRATÓRIAS 
VC - volume de ar trocado a cada movimento respiratório. 
VRI - é o ar que ainda se pode inspirar depois da 
inspiração do VC. 
VRE - é o ar que falta expirar depois da expiração do 
volume corrente. 
VR - é o ar que resta no pulmão após uma expiração 
máxima. Não pode ser trocado ativamente, apenas por 
difusão gasosa. 
Três funcionais e um estrutural!!! 
 
CONCEITO DE VOLUMES E CAPACIDADES 
RESPIRATÓRIAS 
CV - é o volume máximo de ar capaz de ser trocado. 
  VC + VRI + VRE 
CI - a começar da inspiração corrente de repouso, é o 
máximo de ar que pode ser inspirado. 
  VC + VRI 
CRF - compreende o ar que pode ser expirado, ao fim da 
expiração corrente em repouso, mais o volume residual. 
 VRE + VR 
CPT- volume total de ar que poder ser contido no pulmão, 
isto é, ao fim de uma inspiração máxima. 
  VC + VRI+VRE+VR 
Mecânica da função pulmonar 
• Complacência pulmonar: medida da relação 
entre a pressão aplicada e a deformação obtida. 
 Complacência = ∆V/∆P 
• Elasticidade!!!! 
 
• Tensão superficial (2/3 da força elástica): 
interface ar-líquido. 
• Surfactante!!!!! 
 
 
Forças Elásticas 
Na posição de 
repouso do 
complexo toraco-
pulmonar 
observa-se 
pressão 
intrapleural 
negativa. 
O gradeado Costal 
exerce uma força 
de expansão e o 
pulmão, ao 
contrário, imprime 
uma força para se 
retrair. 
Em condições normais, a pressão intrapleural sempre será negativa. 
Complacência Tóracopulmonar 
• É a relação entre variação de volume e a pressão necessária 
para promover essa mudança de volume. 
 
• A curva de complacência pulmonar é diferente durante a fase 
de insuflação e deflação. Esse fenômeno é conhecido como 
HISTÉRESE PULMONAR. 
• Obtem-se a partir da somatória da curva de volume-pressão 
pulmonar e do gradil costal. 
 
Curva de Complacência 
Complacência Estática x Dinâmica 
• A complacência estática envolve a relação entre o volume e a 
pressão em um determinado ponto estático da curva, não 
levando em consideração a resistência ao fluxo. 
 
• A complacência dinâmica é obtida de forma progressiva 
durante a fase de insuflação pulmonar, a resistência ao fluxo 
inspiratório eleva a pressão obtida. 
 
– APLICAÇÃO: Os asmáticos apresentam complacência dinâmica 
reduzida, entretanto sua complacência estática é próxima ao 
normal uma vez que, a elevada pressão traqueal é secundária à 
resistência ao fluxo de gases inspiratórios. 
Complacência x Tensão Superficial 
• Sempre que existir a interface entre um líquido e um gás existirá 
uma tendência das móleculas superficiais se manterem mais 
coesas uma vez que, não há moléculas na fase gasosa para atraí-
las. 
• Esta força de atração é conhecida como tensão superficial. 
• A tensão induz as moléculas a manterem a menor área possível 
com a região gasosa. 
Tensão Superficial e Lei de Laplace 
Conforme a lei de Laplace, as pequenas bolhas descarregam todo o seu conteúdo nas 
bolhas maiores uma vez que, o raio da esfera menor imprime uma grande pressão interna. No caso dos alvéolos, os menores evacuariam seu conteúdo nos maiores, mas ao contrário, 
eles são extremamente estáveis!!! Como isso ocorre??? 
Graças ao surfactante pulmonar, que diminui acentuadamente a tensão superficial dos 
alvéolos com raios menores em comparação com os de maior raio 
Revisão – Lei de Pouseille 
Causas de Ventilação Desigual 
As bases pulmonares recebem a maior parte do gás inspirado na posição ereta. 
A base tem pressão intrapleural menos negativa pois sofre muita influência do peso 
pulmonar 
Causas de Ventilação Desigual 
Nos ápices a pressão intrapleural é 
muito mais negativa que nas bases. A 
complacência é ruim, de forma que 
uma grande variação de pressão gera 
uma pequena variação de volume. 
Ventilação pobre nos ápices. 
Causas de Ventilação Desigual 
• O movimento de gases através do duto traqueal é 
subordinado a Lei de Pouseille, entretanto essa lei só se 
aplica a fluxos laminares. 
• O padrão laminar só ocorre em fluxos de baixa velocidade. 
• Alta velocidade gera fluxo turbulento. 
• O fluxo turbulento necessita de pressões mais elevadas para 
se tornar eficaz. 
Causas de Ventilação Desigual 
ASPECTOS BIOFÍSICOS DE TRANSPORTE 
DOS GASES 
 
• Gás: combinados com solutos ou dissolvidos 
fisicamente. 
• O2 combinado com a hemoglobina (HbO2) e 
dissolvido fisicamente (O2). 
• N2  apenas dissolvido fisicamente porque é um gás 
inerte. 
• CO2  combinado com a hemoglobina, formando 
carbonatos que vêm noplasma e dissolvido no 
plasma (ácido carbônico).