Mecânica da Respiração

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Interação entre o pulmão e a parede torácica;
Movimentos e músculos responsáveis pela ventilação pulmonar;
Complacência dos pulmões e da parede da caixa torácica;
Resistência das vias aéreas;
Tensão superficial dos alvéolos e surfactante
Músculos da Inspiração
Diafragma é o mais importante. 
Quando ele se contrai, os conteúdos abdominais são deslocados pra baixo, e as costelas são deslocadas para cima e fora.
Isso produz aumento do volume do tórax, o que diminui a pressão intratorácica e inicia o fluxo de ar para os pulmões 
Durante o exercício, músculos intercostais externos e músculos acessórios também podem ser usados para inspirar mais vigorosamente
Músculos da Expiração
Normalmente, é um processo passivo
O ar vai pra fora dos pulmões por conta da diferença de pressão entre os pulmões e a atmosfera, até que esse sistema atinja seu equilíbrio de novo
Durante o exercício ou em doenças que há maior resistência das vias aéreas, músculos expiratórios podem ajudar, que são: 
Músculos Abdominais: comprimem a cavidade abdominal e empurram diafragma pra cima
Músculos Intercostais Internos: puxam as costelas para baixo e para dentro, o oposto do que elas fazem na inspiração
Complacência 
Trata da capacidade de distensão do sistema
Elasticidade e complacência são inversos
É uma medida da mudança de volume, por conta da mudança na pressão 
Trata da complacência dos pulmões e da parede torácica, que tem relação inversa de propriedades elásticas. 
A medida da complacência pulmonar precisa da medida simultânea da pressão e volume do pulmão 
Pressão Transmural: pressão através de uma estrutura. Exemplo: diferença entre a pressão intra-alveolar e intrapleural. 
P igual a atmosférica: zero
P à cima da atmosférica: positivas
P à baixo da atmosférica: negativas
Pressão dos Pulmões 
A sequência de insuflar e depois desinsuflar produz uma alça de pressão-volume, em que a inclinação de cada ramo dessa alça é a complacência do pulmão isolado
 Quando o pulmão está cheio de ar, as vias aéreas e alvéolos estão abertos para atmosférica, daí pressão alveolar = pressão atmosférica. Quando a pressão exterior ao pulmão fica mais negativa, ele infla e seu volume aumenta. Essa pressão negativa externa que expande os pulmões é uma pressão de expansão. 
Os pulmões se enchem de ar ao longo do ramo de inspiração da alça. 
Quando os alvéolos estão cheios até o limite, ficam mais rígidos e menos complacentes, fazendo a curva se aplanar. Só quando os pulmões tiverem se expandido ao máximo, a pressão fora deles de modo gradual se torna menos negativa, daí o volume do pulmão diminui ao longo do ramo de expiração da alça.
Histerese: há diferentes inclinações das alças de inspiração e expiração.
Explicada por conta da tensão superficial da interface líquido-ar do pulmão cheio de ar: as forças de atração intermolecular entre as moléculas de liquido que revestem o pulmão são bem maiores que as forças entre as moléculas de líquido e ar.
Como a inclinação é a complacência, ela também é diferente em inspiração e expiração. Geralmente, a complacência é medida no ramo de expiração, porque o outro é complicado pelo decréscimo da mesma na pressão de expansão máxima.
Ramo Inspiratório: começa com baixo volume pulmonar, moléculas de liquido estão mais próximas e forças intermoleculares são as mais altas. Para inflar o pulmão, precisa-se romper essas forças.
Ramo Expiratório: começa com alto volume pulmonar, moléculas de liquido estão menos próximas e forças intermoleculares são as menos altas. Não se precisa romper as forças para desinsuflar o pulmão. 
Complacência da Parede Torácica 
Normalmente, o espaço interpleural tem pressão negativa
Essa pressão interpleural negativa é criada pelos pulmões, que tendem a colapsar, e a parede torácica, tende a se expandir. Quando essas duas forças opostas agem sobre o espaço, se cria essa pressão negativa.
A pressão também se opõe à tendência natural dos pulmões de colapsarem e da parede torácica de se expandir.
Pneumotórax: quando um objeto pontiagudo perfura o espaço interpleural e o ar entra nele, fazendo com que a pressão interpleural seja igual a atmosférica (zero), ao invés de negativa. Há duas consequências importantes:
Sem mais pressão para manter os pulmões em aberto, que tendem colapsar
Sem mais pressão para impedir parede torácica de se expandir
Curvas Pressão-Volume para os Pulmões, Parede Torácica
e a combinação de ambos
Curva para Parede Torácica: obtida fazendo curva do pulmão - curva pulmão+parede. 
A capacidade funcional residual (CFR) é o volume do repouso ou equilíbrio, do sistema combinado. Ele é o volume presente nos pulmões depois que se expira normalmente. 
A complacência da parede torácica isolada é igual à do pulmão isolado. 
A complacência do sistema combinado (pulmão+parede) é menor que qualquer uma das duas estruturas isoladas. Como se fosse um balão dentro de outro. Separados, tem uma maleabilidade. Mas com um dentro do outro, se tornam difícil de expandir e tem menor distensão. 
Volume = CFR
Sistema combinado em equilíbrio
Pressão nas vias aéreas é igual a da atmosférica (zero)
A posição de equilíbrio (força de retração dos pulmões) é igual à da expansão na parede torácica, por isso o sistema não tem tendência a retrair nem expandir
Volume < CFR
Sistema combinado quer expandir
Tem menos volume nos pulmões e a força de retração (elástica) deles é menor
A força de expansão da parede é maior
Volume > CFR
Sistema combinado quer retrair
Tem mais volume nos pulmões e a força de retração (elástica) deles é maior
A força de expansão da parede é menor
Alterações da Complacência Pulmonar
Se a complacência dos pulmões muda, as inclinações das relações se altera, o que quer dizer que o volume do sistema combinado também muda. 
Enfisema (aumento)
Perca de fibras elásticas nos pulmões, o que faz aumentar a complacência deles
Há maior inclinação da curva de volume x pressão do pulmão 
Por causa disso, em um certo volume, a força de retração está diminuída
Para buscar novamente o equilíbrio da CFR após se retrair, é preciso buscar um maior valor dela, em que as duas forças (retração e expansão) possam se equilibrar
O novo ponto de intersecção, onde a pressão nas vias aéreas é zero, está aumentado
Paciente respira com um volume pulmonar maior (maior CFR) e terá tórax em forma de barril
Fibrose (diminuição)
Rigidez dos tecidos pulmonares, o que faz diminuir a complacência 
Valores são o oposto do Enfisema 
Tensão Superficial dos Alvéolos
Os alvéolos são revestidos por uma camada liquida e as forças de atração entre moléculas adjacentes de liquido são mais fortes que a atração entre essas mesmas moléculas e as de gás, o que cria uma tensão superficial 
Como as moléculas do liquido são aproximadas entre si pela força de atração, a área superficial é a menor possível, o que forma uma esfera
A tensão superficial gera uma pressão, que tende a retrair a esfera
Pressão é diretamente proporcional à duas vezes essa tensão e inversamente proporcional ao raio do alvéolo
Surfactante
É uma mistura de fosfolipídios, que reveste os alvéolos e diminui sua tensão superficial, o que reduz a pressão de retração para um determinado raio, e isso permite que pequenos alvéolos fiquem abertos sob altas pressões de retração
Sintetizado a partir de células alveolares do tipo II
Componente mais importante é a DPPC, que reduz a tensão por conta de um mecanismo baseado na característica dos fosfolipídios de serem hidrofóbicos numa ponta e hidrofílicos em outra. 
Moléculas de DPPC se alinham nas superfícies dos alvéolos, com partes hidrofóbicas se atraindo e repelindo as partes hidrofílicas. As forças entre essas moléculas rompem as forças de atração entre as moléculas do liquido, que fazia ter alta tensão superficial. 
O surfactante também aumenta a complacência pulmonar, o que reduz o trabalho de expansão dos pulmões durante a inspiração (+ complacência - pressão de retração + fácil exp)
Síndrome da Angustia RespiratóriaNeonatal: falta o surfactante. A síntese dele começa a partir da 24ª semana e está quase sempre presente na 35ª semana. Bebês prematuros podem ou não ter, dependendo que semana nascem. As consequências da falta de surfactante: alvéolos pequenos tem muita tensão superficial e pressão de retração, daí entram em colapso (atelectasia). Eles não são ventilados, pois estão retraídos, daí há hipoxemia. A complacência estará diminuída e o trabalho de insuflar os pulmões será maior.
Relações entre Fluxo de Ar, Pressão e Resistência
Análogo ao sangue. Fluxo de ar é análogo ao fluxo de sangue. Pressão gasosa é análoga à pressão liquida. Resistência de vias aéreas à resistência dos vasos sanguíneos. 
Q: fluxo de ar
∆P: gradiente de pressão 
R: resistência das vias aéreas 
A diferença de pressões (∆P) é a força de impulsão, sem ela não tem fluxo de ar. 
Resistência das Vias Aéreas
Se relaciona com a viscosidade do ar inspirado, o comprimento da via aérea e o raio dessa via.
Brônquios de Tamanho MÉDIO são os lugares com mais alta resistência das vias aéreas. 
As vias menores não tem mais resistência por conta de sua disposição em paralelo, que é menor que se elas fossem contadas em resistências separadas. (Lembrar de física elétrica, em que na resistência em paralelo faz 1/R)
Alterações da Resistencia das Vias Aéreas
A relação entre a resistência e o raio das vias é de quarta potência, então alterações no raio fazem variar a resistência e o fluxo. 
A musculatura lisa nas paredes das vias é inervada por fibras nervosas autônomas, que podem constringir ou relaxar elas.
SNA
O musculo liso dos brônquios é inervado por fibras nervosas:
Colinérgicas parassimpáticas: constrição. Menor raio, mais resistência ao fluxo. Esses efeitos podem ser estimulados por agonistas muscarínicos e bloqueados por antagonistas muscarínicos.
Adrenérgicas simpáticas: relaxamento. Maior raio, menor resistência ao fluxo. Receptores β2. Agonistas desse receptor (epinefrina) fazem relaxamento. 
ASMA: ocorre a constrição. O tratamento é feito com agonistas do beta receptor. As pessoas respiram maiores volumes, pra contrabalancear a alta resistência das vias aéreas. 
Volume Pulmonar
O tecido pulmonar ao redor das vias aéreas exerce tração radial sobre elas, o que altera a resistência dessas vias. 
Altos volumes maior tração menor resistência das vias
Baixos volumes menor tração mais resistência das vias colapso das vias
Viscosidade do Ar Inspirado (τ)
Aumento da viscosidade aumento da resistência 
Ciclo Respiratório
Dividido em 3 fases: repouso, inspiração, expiração.
Repouso
Período entre os ciclos, em que o diafragma está na sua posição de equilíbrio e nenhum ar se move para dentro ou fora dos pulmões
A pressão alveolar é igual à atmosférica (zero). E como não tem diferença de pressão, não tem fluxo de ar.
A pressão intrapleural é negativa, por conta das forças opostas: pulmões tentando retrair, parede tentando expandir. 
O volume presente nos pulmões é o CFR, o volume que permanece nos pulmões após a respiração normal
Inspiração
O diafragma contrai, daí aumenta o volume do tórax, o que faz com que a pressão pulmonar tenha que diminuir. (Lei de Boyle: P x V é cte em dada temperatura)
A meio caminho da inspiração, a pressão alveolar fica abaixo da atmosférica.
O ∆P entre atmosfera e alvéolos faz com que o ar seja impulsionado para os pulmões.
No fim da inspiração, a pressão alveolar é de novo igual à atmosférica, a diferença se dissipou e o fluxo para dentro cessa. 
Volume Corrente (Vt) é o volume de ar inspirado
Volume presente nos pulmões, no fim da inspiração, é a CFR + Vt (capacidade funcional residual + volume corrente)
A pressão intrapleural fica ainda mais negativa, por causa das pressões das vias aéreas e alvéolos que também se negativam e porque volume aumenta recuo elástico aumenta puxa o espaço intrapleural com mais força
O grau de variação da pressão intrapleural durante a inspiração pode ser usado pra avaliar a complacência dinâmica dos pulmões 
Expiração 
Normalmente, é um processo passivo
A pressão alveolar se torna positiva, porque as forças elásticas dos pulmões comprimem o maior volume de ar nos alvéolos, fazendo o ar fluir para fora dos pulmões e o volume pulmonar volta à CFR
O volume expirado é o corrente
Depois da expiração, os valores voltam ao repouso
Expiração Forçada
Os músculos expiratórios são usados para tornar as pressões dos pulmões e vias aéreas ainda mais positivas do que na expiração normal. 
Pulmões Normais: a expiração forçada faz os valores de pressão ficarem muito acima do normal, com uma diferença maior que 20 ou 30 entre os valores. A pressão intrapleural também é elevada. Pulmões e vias aéreas não vão se retrair com essa pressão, pois a pressão transmural também é positiva, fazendo vias aéreas e pulmões ficarem abertos. 
Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC): a expiração forçada pode fazer as vias aéreas colapsarem. A complacência pulmonar aumenta, por causa da perda de fibras elásticas. A pressão intrapleural aumenta até o mesmo valor em uma pessoa normal. Mas as pressões alveolares e nas vias são menores que o normal, por causa da falta de recuo elástico. A pressão transmural ainda é positiva, deixando vias e pulmões abertos. Mas as vias aéreas se retraem, porque o gradiente transmural de pressão através delas se reverte, fazendo se tornar negativa (de retração). Resistência ao fluxo de ar aumenta, expiração mais difícil. As pessoas com DPOC expiram devagar, com lábios formando bico, para aumentar a pressão das vias aéreas, evitando a reversão do gradiente transmural (ele ficar negativo) e a retração das vias.