Aula Mecânica da Ventilação

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Biofísica da Respiração
MECÂNICA DA VENTILAÇÃO
Respiração
• Seres vivos necessitam de oxigênio para a vida;
• Gases são retirados da atmosfera ou de líquidos nos
quais estão dissolvidos;
• Das reações bioquímicas há produção de gás carbônico
às custas de oxigênio;
• Aparelho internalizado para animais desenvolvidos –
relação com sistema circulatório.
Respiração
Sistema Respiratório
Funções do sistema respiratório:
• Troca de gases;
• Regulação do pH (retenção ou excreção de gás carbônico);
• Proteção contra patógenos e substâncias irritantes inaladas;
• Vocalização.
Sistema Respiratório acopla a disponibilidade de gases do ambiente com a 
necessidade de gases das células.
Sistema Respiratório
O fluxo de ar segue os mesmos princípios do fluxo sanguíneo:
1. Fluxo ocorre a partir de regiões de pressão mais alta para regiões de
pressão mais baixa;
2. Uma bomba muscular cria o gradiente de pressão;
3. A resistência ao fluxo de ar é influenciada diretamente pelo diâmetro
dos tubos os quais o ar está fluindo.
A realização das funções do sistema respiratório ocorre através das trocas 
gasosas entre o meio externo e o meio interno. 
Lei de Boyle
Respiração Externa
Sistema 
respiratório 
X
Sistema 
cardiovascular
A respiração 
externa é dividida 
em processos 
integrados
Estruturas Respiratórias
O sistema respiratório consiste em estruturas envolvidas na ventilação e na 
troca de gases
Estruturas Respiratórias
Ossos e músculos circundam os pulmões
Saco pericárdio e sacos pleurais
Estruturas Respiratórias
• Cada pulmão é circundado por um saco pleural;
• Revestimento: interior do tórax e superfície externa dos pulmões;
• Camadas pleurais unidas por líquido pleural.
Funções do líquido pleural:
• Meio de baixa fricção, facilitando a movimentação dos pulmões;
• Mantém pulmões aderidos à parede da caixa torácica (lâminas de vidro –
coesão da água);
• Ligação líquida entre as membranas fazem os pulmões aderirem à caixa
torácica e os mantém estirados/inflados parcialmente, mesmo em repouso.
Estruturas Respiratórias
Pulmões
• Órgãos muito extensíveis, devido a presença de
fibras elásticas;
• Pulmão é insuflado: acúmulo de energia potencial
elástica;
• Retração elástica do órgão durante a expiração;
• São mantidos expandidos devido a pressão
intrapleural.
Vias Aéreas
As vias aéreas conectam os pulmões ao meio externo
Alvéolos
Alvéolos: uma série de sacos interconectados e seus capilares pulmonares associados. Estas 
estruturas formam a superfície de troca, onde o oxigênio se move do ar inalado para o 
sangue, e o dióxido de carbono move-se do sangue para o ar que será exalado.
Zona de Condução
+ do que uma passagem para o ar!!!
AQUECIMENTO DO AR: temperatura corporal 37°C.
VAPOR D’ÁGUA: água evaporada do revestimento mucoso.
FILTRAÇÃO: traquéia e brônquios são revestidas com epitélio ciliado que 
secreta muco e solução salina.
Vias aéreas aquecem, umedecem e filtram o ar
Zona Respiratória
Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas gasosas
Os alvéolos agrupados nas extremidades dos 
bronquíolos terminais constituem a maior parte do 
tecido pulmonar
Cada diminuto alvéolo é composto por única 
camada de célula epitelial.
Dois tipos de células são encontradas nos 
alvéolos: célula alveolar tipo I (pneumócito I) e 
célula alveolar tipo II (pneumócito II).
Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas gasosas
Zona Respiratória
Células Alveolares
Tipo I: ocupam 95% da área do alvéolo e são muito finas, de modo que os
gases possam difundir-se rapidamente através delas;
Tipo II: menor e mais espessa, sintetiza e secreta uma substância química
chamada surfactante;
Tecido conectivo localizado entre as células alveolares (fibras de elastina e
colágeno) – elasticidade ao tecido pulmonar.
Respiração
Um único ciclo respiratório requer uma
inspiração seguido de uma expiração.
Gradientes de pressão
A 1º etapa da fisiologia respiratória é a ventilação/respiração. O fluxo 
de ar entre a atmosfera e os alvéolos.
• O ar flui devido ao gradiente de pressão criado por uma bomba muscular;
• Músculos da caixa torácica (inspiração e expiração);
• Fluxo de ar obedece as regras já vistas no sistema cardiovascular:
Respiração
A respiração é um processo ativo que requer contração muscular
Respiração – Inspiração 
A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui
Músculos da inspiração:
• Aumento do volume gera redução da pressão;
• Durante a inspiração o volume torácico aumenta;
• Contração diafragmática;
• Conteúdo abdominal empurrado para baixo;
• Costelas são elevadas para cima e para fora;
• Músculos intercostais externos e escalenos;
• À medida que o volume aumenta, a pressão diminui e o ar
flui para pulmões.
Para o ar se mover para dentro dos pulmões a pressão 
alveolar deve ser menor que a pressão atmosférica
Tempo 0: Palv = Patm – breve pausa, não há fluxo;
Tempo 0-2: início da insp. Músculos contraem, aumento do
volume torácico, Palv diminui;
Pressão aumentando até a caixa torácica parar a expansão;
Pressões se igualam;
Expiração passiva – músculos relaxam.
• Pressão alveolar aumenta até a caixa torácica parar de expandir-se;
• Pressão interna dos pulmões se iguala a pressão atmosférica;
• Final da inspiração.
Expiração
Respiração – Expiração
A expiração ocorre quando a pressão alveolar aumenta
Músculos da expiração:
• Relaxamento dos músculos;
• A retração elástica dos pulmões e da caixa
torácica leva o diafragma e a caixa torácica de
volta as suas posições originais;
• Retração elástica passiva;
• Expiração passiva.
Para o ar se mover para fora dos pulmões a pressão 
alveolar deve ser maior que a pressão atmosférica
Respiração – Expiração
Músculos da expiração ATIVA:
• Exalação voluntária;
• Asma;
• Exercício físico;
• Músculos expiratórios podem ajudar: músculos abdominais e
músculos intercostais internos (empurram as costelas para
baixo e para dentro).
Respiração – Expiração
Respiração – Pressão Intrapleural
• Pulmões estão aderidos à caixa torácica devido às forças coesivas do
líquido intrapleural;
• Quando a caixa torácica se move, pulmões se movem;
• Pressão subatmosférica;
• Criada por duas forças elásticas opostas atuantes no espaço
intrapleural;
• Pulmões tendem a colapsar;
• Caixa torácica tende a expansão;
• Duas forças opostas atuando no espaço intrapleural – criação de uma
pressão (ou vácuo) negativa.
A combinação da caixa torácica puxando para fora e a retração elástica puxando para dentro 
cria uma pressão intrapleural subatmosférica de aproximadamente -3mmHg/-5mmHg
Perfuração: ar é introduzido no espaço intrapleural e a pressão se iguala a 
pressão atmosférica
2 consequências:
1°sem pressão intrapleural os pulmões colabam
2°sem pressão intrapleural a caixa torácica se expande
• Inspiração prossegue, a membrana pleural e os pulmões acompanham
a caixa torácica;
• Tecido pulmonar resiste em ser estirado;
• Pressão se torna mais negativa.
Respiração – Pressão Intrapleural
Retração Pulmonar
A importância do surfactante
Pensava-se que as propriedades elásticas dos pulmões eram as 
únicas fontes para manter a resistência ao estiramento.
O tamanho diminuto dos alvéolos apresenta 
“problema” para mantê-los abertos
Revestidos internamente por uma delgada camada 
de líquido – TENSÃO SUPERFICIAL.
Tensão superficial gera pressão que tende colapsar a esfera, afinal as 
forças atrativas do líquido pelas moléculas do líquido são maiores que as 
forças atrativas entre as moléculas do líquido e as moléculas do gás.
LEI DE LAPLACE
Pressão colapsante é diretamente proporcional à tensãosuperficial e inversamente proporcional ao raio.
O surfactante é mais concentrado em alvéolos menores, tornando sua tensão superficial 
menor que nos alvéolos maiores, assim, a menor tensão superficial ajuda a igualar a 
pressão entre alvéolos de diferentes tamanhos.
Surfactante
Resolvendo o problema com surfactante...
Mistura de fosfolipídeos que revestem o 
alvéolo e reduzem a tensão superficial.
• Sintetizados por pneumócitos II;
• Dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC);
• Moléculas anfipáticas.
Efeito do Surfactante na TS
• Diminuição da tensão superficial em todos os alvéolos;
• ⇧ efeito em ⇩ TS nos alvéolos de raio ⇩ ;
• 300 milhões de alvéolos com raios ≠e pressões =
SEM COM
Ausência de surfactante em bebês prematuros: risco de morte
Relação Fluxo de ar, Pressão e Resistência
Q=ΔP/R
Onde:
Q: fluxo aéreo (mL/min ou L/min)
ΔP: gradiente de pressão (mmHg ou cmH2O)
R: resistência das vias aéreas (cmH2O/L/s)
Diferença de pressão é a força motriz, lembre-se do CICLO RESPIRATÓRIO.
Espaço Morto Anatômico X Espaço Morto Fisiológico
Intensidade da Ventilação
A ventilação minuto é dada pela equação:
Ventilação minuto = VC x respirações por minuto
Ventilação alveolar deve corrigir o espaço morto:
VA = (VC-VM) x respirações por minuto
VA: ventilação alveolar (mL/min)
VC: volume corrente (mL)
VM: espaço morto (mL)
É o volume de ar movido para dentro e para fora dos pulmões por 
unidade de tempo.
Resistência nas Vias Aéreas
Cortesia Ana Paula Couto Davel - UNICAMP