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Biofísica da Respiração

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Biofísica da Respiração 
Profa. Fátima P. Souza 
Respiração 
Objetivos 
Fornecimento 
de oxigênio aos 
tecidos 
Remoção de 
dióxido de 
carbono 
Ventilação pulmonar 
• Renovação cíclica do gás alveolar pelo ar atmosférico 
Difusão de O2 e CO2 entre os alvéolos e o sangue 
Transporte no sangue e nos líquidos corporais 
• O2 (dos pulmões para as células) 
• CO2 (das células para os pulmões) 
Regulação da ventilação 
Dividida em 4 
eventos 
funcionais 
Anatomia do Sistema Respiratório 
Mecânica da ventilação pulmonar 
Mecanismos da 
ventilação 
Movimentos do 
diafragma para 
cima e para baixo 
Elevação e 
abaixamento das 
costelas 
* 
Pressões que causam a ventilação 
pulmonar 
O pulmão é uma estrutura 
elástica que colapsa como um 
balão e expele todo o ar pela 
traquéia toda vez que não há 
força para mantê-lo inflado. O 
pulmão flutua na cavidade 
torácica, cercado por uma fina 
camada de liquido pleural que 
lubrifica o movimento dos 
pulmões dentro da cavidade. 
Pressões que causam a ventilação 
pulmonar 
• é a pressão do líquido no estreito espaço entre a pleura 
visceral e a pleura parietal, há um leve sucção entre os 
folhetos, o que significa uma discreta pressão negativa. 
Durante a inspiração normal, a expansão da caixa 
torácica traciona os pulmões para fora com uma força 
maior e cria mais pressão negativa. 
Pressão Pleural 
• é a pressão do ar dentro dos alvéolos pulmonares. Devido a 
um influxo de ar para os alvéolos, a pressão em seu interior 
deve cair para um valor ligeiramente abaixo da pressão 
atmosférica, durante a inspiração normal. A pressão 
alveolar diminui cerca de – 1 centímetro de água. 
Pressão 
Alveolar 
• diferença entre a pressão alveolar e a pressão pleural 
Pressão 
Transpulmonar 
Pressões que causam a ventilação 
pulmonar 
Mudanças no volume pulmonar, 
pressão alveolar, pressão pleural e 
pressão transpulmonar 
durante a respiração normal 
Complacência Pulmonar 
É o grau de expansão que os 
pulmões experimentam a 
cada unidade de aumento da 
pressão transpulmonar. 
Pessoa de porte mediano 
Complâcencia pulmonar de 
200ml/cmH2O 
Diagrama de Complacência dos 
Pulmões 
Relaciona as alteração do volume 
pulmonar às mudanças da 
pressão transpulmonar. 
cada diagrama é determinado 
pelas forças elásticas dos 
pulmões: 
• Força elástica do tecido pulmonar 
propriamente dito e; 
• Forças elásticas causadas pela tensão 
superficial do líquido que reveste as 
paredes internas dos alvéolos. 
As forças elásticas do tecido 
pulmonar são determinadas 
principalmente pelas fibras 
elastina e colágeno. 
Principio da tensão superficial 
Principio da tensão superficial: A 
superfície da água está tentando se 
contrair. Isto resulta numa tentativa de 
forçar o ar para fora do alvéolo através do 
brônquio e, ao fazer isso, induz o alvéolo 
a colapsar. O efeito geral é causar uma 
força contrátil elástica de todo o pulmão, 
que é chamada de força elástica de tensão 
superficial. 
O surfactante e seus efeitos na tensão 
superficial. É um agente ativo de 
superfície na água, o que significa que ele 
reduz bastante a tensão superficial da 
água. O surfactante é uma mistura 
complexa de vários fosfolipídios, 
proteínas e íons. Estes compostos são 
responsáveis pela redução da tensão 
superficial . 
Pressão em Alvéolos Ocluídos Causadas 
pela Tensão Superficial: se as vias aéreas 
que levam aos alvéolos pulmonares 
estiverem bloqueadas, a tensão superficial 
no alvéolo tende a colapsá-lo. Isto cria um 
tensão positiva alveolar na tentativa de 
empurrar o ar par fora, assim a pressão 
gerada pode ser calculada da seguinte 
forma: 
Pressão = 2x tensão superficial 
 Raio do alvéolo 
Efeito da Caixa Torácica na 
Expansibilidade Pulmonar 
O trabalho de inspiração pode ser 
dividido em três frações: 
1) Aquela necessária 
para expandir os 
pulmões contra 
forças elásticas do 
pulmão e do tórax, 
chamada de 
trabalho de 
complacência ou 
trabalho elástico; 
2) Aquela necessária 
para sobrepujar a 
viscosidade 
pulmonar e das 
estruturas da parede 
torácica, chamada 
trabalho de 
resistência tecidual; 
3) Aquela necessária 
para sobrepujar a 
resistência aérea ao 
movimento de ar 
para dentro dos 
pulmões chamada 
de trabalho de 
resistência das vias 
aéreas. 
Volumes pulmonares 
Volumes Pulmonares: Quatro volumes 
pulmonares quando somados são iguais ao 
volume máximo que os pulmões podem expandir 
1) Volume 
corrente é o 
volume de ar 
inspirado ou 
expirado em cada 
respiração normal; 
a quantidade é de 
cerca de 500mL 
no homem adulto 
2) O volume de 
reserva inspiratória 
é o volume extra 
de ar que pode ser 
inspirado acima do 
volume corrente 
normal quando 
uma pessoa inspira 
com força total; 
geralmente cerca 
de 3.000mL 
3) O volume de 
reserva expiratório 
é o máximo 
volume extra de ar 
que pode ser 
expirado numa 
expiração forçada 
após o final de 
uma expiração 
corrente normal; 
normalmente cerca 
de 1.100ml. 
4) O volume 
residual é o volume 
de ar que fica nos 
pulmões após a 
expiração mais 
forçada; este 
volume é de cerca 
de 1.200ml. 
Capacidades pulmonares 
1) A capacidade inspiratória é igual 
ao volume corrente mais o volume 
de reserva inspiratório. É a 
quantidade de ar que a uma pessoa 
pode respirar, começando em nível 
normal e distendendo o pulmão a 
uma quantidade máxima (3.500ml). 
2)A capacidade residual funcional é 
igual ao volume de reserva 
expiratória mais o volume residual é 
quantidade de ar que permanece nos 
pulmões no final de uma expiração 
nos pulmões no final de uma 
expiração normal; (2.300ml). 
3) A capacidade vital é igual ao 
volume de reserva inspiratória mais 
o volume corrente mais o volume de 
reserva expiratória. É a quantidade 
máxima de ar que uma pessoa pode 
expelir dos pulmões após 
primeiramente enchê-los à sua 
extensão máxima (4.600ml). 
4) A capacidade pulmonar total é o 
volume máximo que os pulmões 
podem ser expandidos com o maior 
esforço (5.800ml). É igual a 
capacidade vital mais o volume 
residual. 
Volumes e capacidades pulmonares 
Ventilação alveolar 
A ventilação pulmonar pode renovar continuamente ar nas áreas de trocas 
gasosas dos pulmões, onde o ar está em proximidade com a circulação sanguínea 
pulmonar. Essas áreas incluem: 
Alvéolos 
Sacos 
alveolares 
Ductos 
alveolares 
Bronquíolos 
respiratórios 
A velocidade com que o ar novo alcança essas áreas é chamada de 
ventilação alveolar 
Espaço morto e seu efeito na 
ventilação alveolar 
A parte do ar que uma pessoa 
respira nunca alcança as áreas de 
trocas gasosas porque 
simplesmente preenche as vias 
respiratórias onde não ocorrem 
trocas como o nariz, a faringe e a 
traqueia. 
Este ar é chamado de ar do espaço 
morto porque ele não é útil para 
as trocas gasosas. 
Na expiração, o ar do espaço 
morto é expirado primeiramente, 
antes de qualquer ar dos alvéolos 
alcançar a atmosfera. É 
desvantajoso para a remoção dos 
gases expiratórios dos pulmões. 
Em homem jovem é de 150mL. 
Intensidade da ventilação alveolar 
A ventilação alveolar por minuto é o 
volume total do ar fresco que penetra nos 
alvéolos a cada minuto 
É a frequencia respiratória multiplicada pela 
quantidade de ar fresco que entra nos 
alvéolos a cada inspiração 
VA = f x (VT – VD) 
Intensidade da ventilação alveolar 
Volume 
corrente = 
500mL 
Espaço morto 
= 150mL 
Frequencia 
ventilatória = 
12 ciclos/min 
VA