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Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 1 FISIOLOGIA – BBPM III Dinâmica da Ventilação Pulmonar, Troca e Transporte OBJETIVOS DA AULA • Mostrar os músculos respiratórios • Conceituar ventilação • Volumes e Capacidades Pulmonares • Alterações nos volumes e capacidades pulmonares que podem ser observados em algumas patologias CAIXA TORÁXICA Nessa figura vemos o gradil costal, o esterno e também a coluna vertebral, mostrando os ossos que compõem a nossa caixa torácica. Lembrando que quando falamos de parede torácica, estamos nos referindo a todos o tecidos que participam da nossa ventilação. Ou seja, se pensarmos no abdome, ele também participa da ventilação. Então, os músculos abdominais fazem parte da parede torácica. Quaisquer que sejam as alterações que ocorram no parênquima pulmonar, pode-se ter alterações de ventilação pulmonar. Porém, se pensamos na caixa torácica, ou seja, toda essa estrutura que compõem os ossos da caixa torácica, quaisquer alterações que ocorram a nível ósseo, por exemplo uma escoliose, vai impedir a incursão normal do diafragma (movimentação para baixo do diafragma) ou dos outros músculos que participam da nossa ventilação. Qualquer que seja a alteração a nível torácico, mesmo que seja óssea, pode trazer alteração para a ventilação. MÚSCULOS INSPIRATÓRIOS Quando nos referirmos a ventilação, nós fazemos referência a um ato motor. Então, de extrema importância são os músculos de controle somático. Esses músculos vão promover a inspiração e em alguns momentos, a expiração. O principal musculo da nossa ventilação é o diafragma, que é tido como musculo inspiratório. É um musculo na forma de cúpula e separa a cavidade torácica da cavidade abdominal. Diafragma quando contraído promove o rebaixamento da sua cúpula, fazendo com que o pulmão seja tracionado e dessa forma, enchido de ar. Na expiração, o diafragma se mantem com a cúpula elevada, como pode-se observar na imagem ao lado. Quando ocorre a inspiração, a cúpula rebaixa e traciona todo o parênquima pulmonar, fazendo com que o ar entre no interior do pulmão, ou seja, atinja os alvéolos. Lembrando que essa musculatura inspiratória pode ser denominada acessória (alguns livros chamam assim). Porém, alguns estudos de eletromiografia têm mostrado a atividade dessa musculatura mesmo na respiração calma e tranquila, utilizando o volume corrente. Além do diafragma, nós temos também de musculatura respiratória os escalenos: anterior, médio e posterior. Essa musculatura possui a função de elevar as primeiras costelas e juntamente com os músculos intercostais vão promover um movimento muito importante na caixa torácica De importante também nós temos os músculos intercostais externos que junto com os escalenos, participam de um movimento importante da caixa torácica na inspiração. Esse movimento é chamado de alça de balde. Então, a elevação do gradil costal feita pelos intercostais externo e a elevação das primeiras costelas feita pelos escalenos são conhecidas como movimento de alça de balde. Esse movimento aumenta o diâmetro anteroposterior da nossa caixa torácica, aumentando dessa forma a nossa capacidade ventilatória. Fibras são oblíquas inferior e anteriormente. Sua ação: formam uma lâmina muscular que solidariza as costelas entre si, fazendo da caixa torácica um conjunto coeso. MARGARIDA: Durante a respiração basal, a inspiração depende, principalmente, da contração do diafragma. Quando o diafragma é paralisado, ele se move para cima, em vez de abaixar. Isso é denominado movimento paradoxal e decorre da queda da pressão intratorácica. O diafragma é inervado pelos nervos frênicos direito e esquerdo, oriundos de C3 a C5. A secção do nervo frênico unilateral acarreta pequena redução da capacidade ventilatória e a bilateral compromete significativamente a ventilação Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 2 FISIOLOGIA – BBPM III MÚSCULOS INSPIRATÓRIOS ACESSÓRIOS Existe ainda a musculatura inspiratória acessória e essa sim é considerada acessória. O primeiro musculo é o esternocleidomastoide. Esses músculos tem a função principal de atuar no esterno, promovendo a elevação do esterno que atua em conjunto com a elevação do gradil costal, ou seja, no movimento de alça de balde. Esse movimento do esternocleidomastoide em elevar o externo é conhecido como braço de bomba. Além do esternocleidomastoide, temos o serrátil anterior promovendo abertura das escápulas, fazendo com que o gradil costal possa se movimentar e aumentando o diâmetro anteroposterior da caixa torácica. Temos também o trapézio, peitoral maior e o latíssimo do dorso atuando na nossa ventilação. Lembrando que são musculaturas acessórias inspiratórias, ou seja, na nossa respiração calma e tranquila essa respiração não vai estar ativa. Essa musculatura está ativa principalmente nos momentos de esforço ventilatório, seja ele um esforço devido a uma patologia ou então um esforço durante uma atividade física. Essa musculatura acessória vai promover um aumento da ventilação. MÚSCULOS EXPIRATÓRIOS Além da musculatura inspiratória, temos também a musculatura que participa do ato expiratório. É conhecido que nossa expiração é um processo passivo. Enquanto a inspiração é um processo ativo de contração muscular, a expiração é um processo passivo de relaxamento dessa musculatura inspiratória. Porém, estudos de eletromiografia tem demostrado a atuação de alguma musculatura durante o momento expiratório, principalmente os músculos abdominais. Mas ainda vamos encontrar em bastante livros que a expiração é um ato passivo dado pelo relaxamento da musculatura inspiratória. Então, os principais músculos expiratórios que fazem parte da parede torácica são os músculos abdominais: reto abdominal e obliquo do abdome. Essa musculatura quando contraída, empurra o conteúdo abdominal, fazendo com que esse conteúdo comprima o diafragma e eleve a sua cúpula, fazendo o movimento expiratório. Além dos músculos abdominais, nos temos de musculatura expiratória os intercostais internos. Porém ao contrario dos intercostais externos que promovem o movimento de alça de balde, ou seja, de elevação do gradil costal, os intercostais internos participam da expiração, promovendo a diminuição da elevação do gradil costal, ou seja, fecham o gradil costal, fecham a caixa torácica, diminuindo então o diâmetro anteroposterior da caixa torácica. Esses músculos ocupam o espaço compreendido entre duas costelas. As fibras são obliquas inferior e posteriormente Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 3 FISIOLOGIA – BBPM III VENTILAÇÃO As ações em conjunto da musculatura inspiratória e da musculatura expiratória damos o nome de ventilação. Então, a entrada e saída do ar dos nossos pulmões é o ato de ventilar. Não é respirar como geralmente utilizamos. Ventilação é a troca gasosa entre os alvéolos e o ambiente externo, ou seja, é o processo pelo qual o oxigênio da atmosfera é levado ao interior dos pulmões e o dióxido de carbono é expelido do organismo. ESPIRÔMETRO Esse espirômetro da imagem é um bem antigo. Hoje já temos sistema informatizado, promovendo o auxilio para a detecção de determinadas patologias. O que nos vemos aqui é uma cânula ligada a boca do individuo que tem um clip nasal, e a campanula é preenchida com água no seu interior e é ligada a um sistema de registro. Toda vez que o indivíduo ventila na cânula, a campanula sobe ou desce. Se ele inspira, a campanula desce porque ele remove uma parte do ar que estava no seu interior. Se o individuo expira, a campanula sobe. Então, se a campanula sobe, o movimento da pena é para baixo. Se a campanuladesce, o movimento da pena é para cima. E dessa forma foram feitos diversos registros e descobertos alguns volumes e algumas capacidades pulmonares de grande importância para a detecção de patologias. VOLUME E CAPACIDADES PULMONARES Os volumes são as quantidades de ar que estão envolvidas no processo de inspiração ou expiração. E quando falamos nas capacidades são as quantidades de ar que compreendem 2 ou mais volumes. Nessa imagem seria justamente o registro da espirometria feita pelo espirômetro antigo. Conseguimos observar uma escala de volume e enxergar os registros de inspirações e expirações. Essas primeiras ondinhas menores é o que chamamos de volume corrente. Numa ventilação calma e tranquila nos ventilamos o volume corrente ou também conhecido como volume tidal. É a quantidade de ar inspirada ou expirada espontaneamente a cada ciclo respiratório. Esse volume corrente possui aproximadamente 500 ml. Esses números podem variar muito dependendo das condições do indivíduo: tabagistas, restrições pulmonares ou ate mesmo podem variar de acordo com o sexo (homem ou mulher podem ter volumes e capacidades diferentes). Quando executamos uma inspiração a partir da nossa inspiração máxima, nos temos o volume de reserva inspiratória, que é o volume de ar que ainda conseguimos inspirar a partir do final de uma inspiração corrente, ou seja, após uma inspiração calma e tranquila. Além disso, nos temos o volume de reserva expiratória que é volume de ar que ainda conseguimos expirar após uma expiração calma e tranquila. Temos também o volume residual que é o volume de ar que permanece no interior dos pulmões mesmo após uma expiração forçada. Isso é dado pela tração da pleura, impedindo que os alvéolos se colabem, dando estabilidade. Isso é muito importante para que não ocorra colapso pulmonar/colabamento alveolar. A primeira capacidade que aparece é a capacidade inspiradora. Como falamos que capacidade é a soma dos volumes, a capacidade inspiratória é a soma do volume corrente + volume de reserva inspiratória. Então, é o volume de ar que conseguimos colocar no interior dos pulmões após uma expiração calma e tranquila, ou seja, após a expiração corrente. A segunda capacidade que aparece é a capacidade vital que é o volume de ar que consigo expulsar do interior dos pulmões após uma inspiração máxima. Após uma inspiração máxima, eu consigo remover todo o ar no interior dos pulmões quando faço isso, utilizo toda a capacidade vital. Ou seja, é a soma do volume de reserva expiratória + volume corrente + volume de reserva inspiratória. Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 4 FISIOLOGIA – BBPM III Temos também a capacidade residual funcional que é a soma do volume de reserva expiratória + volume residual. É a quantidade de gás contida nos pulmões no final de uma expiração espontânea. E por último, somando todos os volumes, temos a capacidade pulmonar total. É a quantidade de gás contida nos pulmões ao final de uma expiração espontânea. É a soma: volume de reserva inspiratória + volume corrente + volume de reserva expiratória + volume residual. E pode ser entorno de até 6L. VOLUME CORRENTE (VC) É a quantidade de ar que entra e sai do pulmão numa respiração normal, ou seja, numa respiração corrente/respiração calma e tranquila. E tem em torno de 500 ml. VOLUME DE RESERVA INSPIRATÓRIO (VRI) É o volume máximo que pode ser inspirado voluntariamente a partir do final de uma inspiração espontânea, ou seja, a partir do final de uma inspiração corrente. É a quantidade máxima de ar que pode ser inspirada além de uma inspiração normal. Tem aproximadamente em torno de 2L. VOLUME DE RESERVA EXPIRATÓRIO (VRE) É o volume máximo que pode ser expirado voluntariamente após o final de uma expiração espontânea. Então se observamos a figura, no final da expiração espontânea, que estaria relacionada ao volume corrente, temos o volume de reserva expiratório. Tem aproximadamente 1100 ml. VOLUME RESIDUAL (VR) É o volume de gás que vai permanecer no interior dos pulmões após uma expiração máxima, ou seja, é a quantidade de ar que permanece no interior dos pulmões após uma expiração forçada. Por mais que continue expirando, vai continuar ficando um volume pequeno no interior dos pulmões. É o volume que é extremamente importante para que não ocorra colapso pulmonar, ou seja, colabamento alveolar. Tem aproximadamente 1200 ml. CAPACIDADE INSPIRATÓRIA (CI) É o volume máximo inspirado a partir do final de uma expiração espontânea/espiração corrente. Corresponde a soma do volume corrente + volume de reserva inspiratória → VC + VRI Tem aproximadamente 2500 ml. CAPACIDADE RESIDUAL FUNCIONAL (CRF) É a quantidade de gás que está contida nos pulmões ao final de uma expiração espontânea, ou seja, a quantidade de ar que permanece nos pulmões após uma expiração normal. E ela corresponde também a soma de dos volumes de reserva expiratório + volume residual → VRE + VR Tem aproximadamente 2400 ml. Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 5 FISIOLOGIA – BBPM III CAPACIDADE VITAL (CV) É a quantidade de gás que conseguimos mobilizar entre uma inspiração e uma expiração máxima, ou seja, é a quantidade de ar que pode ser inspirada após uma expiração máxima. Então, é a soma do volume corrente + volume de reserva inspiratório + volume de reserva expiratório → VC + VRI + VRE Tem aproximadamente 4800 ml. CAPACIDADE PULMONAR TOTAL (CPT) É a quantidade de ar contida no interior do pulmão após uma inspiração máxima. É a soma dos 4 volumes: volume de reserva inspiratória + volume corrente + volume de reserva expiratória + volume residual → VRI + VC + VRE + VR Tem aproximadamente 6L. RESUMINDO Primeiro, temos o volume corrente em torno de 500ml. Temos o volume de reserva inspiratória, em torno de 2000 ml, que é o volume de ar que posso inspirar após uma inspiração corrente. O volume de reserva expiratória que é o volume de ar que posso expirar após uma expiração corrente. E temos pós último, o volume residual que é o volume de gás que permanece nos pulmões mesmo após uma expiração forçada. Dentro das capacidades, temos a capacidade inspiratória que é a capacidade que tenho para promover minha inspiração, então é a soma do volume corrente + volume de reserva inspiratória. Ou seja, é a capacidade que tenho de trazer o ar para o interior dos pulmões após uma expiração corrente. Temos a capacidade residual funcional que é a soma do volume de reserva expiratória + volume residual. Temos a capacidade vital que é a soma do volume de reserva inspiratória + volume corrente + volume de reserva expiratória. É a capacidade utilizada para fazer o exame de espirometria: pedimos para o indivíduo inspirar ao máximo (forçada) e depois sopra com velocidade, é justamente a eliminação de todo o ar dos pulmões que chamamos de capacidade vital. Claro que ainda assim permanece o volume residual E por último, a capacidade pulmonar total que é a soma dos volumes de reserva inspiratória + corrente + reserva expiratória + volume residual. Nessa próxima figura, conseguimos observar algumas alterações dos volumes e das capacidades. Por exemplo indivíduos que tem doenças obstrutivas como DPOC (Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica)e também indivíduos que tem patologias que acometem o pulmão e deixa esse pulmão restritivo, ou seja, o pulmão tem acometimento da elastância do parênquima pulmonar, esse pulmão não tem uma complacência como o normal. E aí, podemos observar que o doente restritivo as capacidades (vital, residual funcional, inspiratória e total) estão diminuídas devido a diminuição de volume de reserva inspiratório, diminuição de volume de reserva expiratório e de volume residual. O volume corrente ele permanece praticamente o mesmo do normal porém tem diminuição dos outros volumes porque esse pulmão perdeu sua complacência, perdeu sua capacidade elástica normal. Consequentemente, Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 6 FISIOLOGIA – BBPM III como as capacidades são somas dos volumes, acaba alterando também as capacidades. Em relação aos doentes obstrutivos, nós temos o aumento das capacidades, ao contrario do paciente restritivo. O volume de reserva expiratória pode ser um poquinho menor do que dos indivíduos (isso não está muito bom na figura). Esses volumes aumentados ocorrem porque o paciente obstrutivo tem dificuldade na expiração, e com isso, o volume residual fica quase o dobro, o indivíduo é considerado hiperinsuflado. Um raio-x de DPOC vamos ver a retificação da cúpula diafragmática, isso acontece porque o indivíduo aprisiona o ar dentro dos pulmões, ele não consegue exala todo o ar dos pulmões, então ele sempre mantem um volume dentro dos pulmões. Como ele ventila já com um volume no seu interior , toda vez que ventilar vai ter seu volume aumentado. E por isso aparece esses volumes e capacidades aumentados, principalmente uma alteração muito grande no volume residual. MANOBRA EXPIRATÓRIA FORÇADA Essa manobra utiliza a capacidade vital, só que a capacidade vital aqui é conhecida como CVF (Capacidade Vital Forçada): utilizo a capacidade vital numa expiração máxima de forma forçada, para eliminar todo o gás dentro dos pulmões. Dentro dessa manobra expiratória forçada é possível observar o que chamamos de VEF1 que é o volume expiratório forçado no primeiro segundo. Então, peço para o indivíduo fazer uma inspiração máxima e depois exalar o ar com toda força e rapidez que ele conseguir. Depois que ele fizer essa manobra, é possível fazer a razão do volume expiratório forçado no primeiro segundo pela capacidade vital forçada. Essa razão precisa ser maior que 80% para considerar normal. Então, o ar exalado no primeiro segundo precisa ser de 80 % a mais da capacidade vital forçada. Em pacientes obstrutivos, o ar está sendo exalado com maior lentidão e isso vai acarretar que o volume expiratório forçado e também a razão vão ficar reduzidos. O paciente obstrutivo tem tendência de aprisionar o ar dentro dos pulmões assim, ele demora mais para eliminar todo o ar do interior dos pulmões, consequentemente, no primeiro segundo vai ter liberado menos gás que um indivíduo normal. Então, sua razão VEF1 por CVF vai ser menor que 80%. Através da espirometria que detecta que o individuo é obstrutivo, por exemplo, indivíduos DPOC ou asmáticos tem esse padrão de curva vermelho, o VEF1 deles é menor do que de indivíduos normais. Já o paciente restritivo, seu padrão de curva é o mesmo do paciente normal. Mas esses indivíduos restritivos tem os volumes e a capacidade vital menores do que o normal então, consequentemente, podemos encontrar uma razão VEF1 por CVF maior. Nesse exemplo, tem 90 %. Enquanto indivíduos normais tem CVF em torno de 5, os restritivos têm CVF em torno de 3,1. ESPAÇO MORTO Existem alguns espaços denominados espaço morto fisiológico e espaço morto anatômico. O espaço morto fisiológico pode-se somar ao espaço morto anatômico. Espaço morto fisiológico são regiões pulmonares que poderiam fazer troca gasosa mas não estão fazendo por algum motivo. Então, pode existir no parênquima pulmonar regiões ventiladas, ou seja, alvéolo que recebe ar mas ele não tem a passagem do sangue, isso pode ocorrer em patologias mas em situações fisiológicas também pode acontecer. Poderia ocorrer troca gasosa mas não está acontecendo: o alvéolo é ventilado mas não é perfundido. Poderia ocorrer o contrario também, ele ser perfundido e por alguma obstrução de via aérea, o alvéolo não ser ventilado. Espaço morto anatômico nada mais é do que a via de condução para que ocorra troca gasosa. O epitélio não é especializado em troca, apenas conduz o gás até chegar nas regiões de trocas gasosas, as vias de transição e alvéolos. Tem aproximadamente 150ml. Se observamos a figura, temos uma guia de condução que equivale ao espaço morto anatômico, ou seja, boca, nariz, traqueia, brônquios e bronquíolos. E a parte maior seriam os alvéolos e a parte inferior seria o capilar pulmonar que oferece perfusão ao tecido e dessa forma, possa ser trocado O2 e CO2. Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 7 FISIOLOGIA – BBPM III Se recordamos do volume corrente em torno de 500 ml e pensarmos numa frequência ventilatória de aproximadamente 15 irpm, vamos ter de ventilação total 7500 ml sendo ventilados a cada minuto (500 ml x 15 irpm). Só que se prestamos atenção, vamos observar a ventilação alveolar que tem em torno de 5250 ml e isso acontece por conta do espaço morto anatômico que tem cerca de 150 ml, então se multiplicarmos 150 ml x 15 irpm = 2250, temos a diferença entre a ventilação total e a ventilação alveolar. Essa diferença é o ar que permanece no espaço morto anatômico. Então, dos 7500 ml que são ventilados, 5250 ml chegam na ventilação alveolar e 2250 ml ficam no espaço morto anatômico. Temos aproximadamente 3000 ml chegando nos alvéolos e são mais do que suficientes para oxigenar os 70 ml que passam de sangue pelo capilar pulmonar. É importante lembrar que parte do gás não é trocado no espaço morto anatômico. Então, se aumentarmos o espaço morto anatômico do indivíduo com cânula orotraqueal, vamos precisar oferecer mais gás para o indivíduo. Se somarmos as áreas de espaço morto fisiológico e espaço morto anatômico também aumento a área de espaço morto e seriam regiões que não estariam oferecendo troca a nível pulmonar. ESPAÇO MORTO E GÁS ALVEOLAR Nessa imagem temos a zona respiratória representada pelo balãozinho e o espaço morto anatômico representado pelo tubo. Vamos pensar que a cada ciclo respiratório, o indivíduo fosse inspirar em torno de 450ml. Na realidade o que acontece é que os primeiros 150ml (retângulo cinza) que vão atingir a zona respiratória correspondem aos 150ml deixados no espaço morto anatômico pela expiração precedente porque é a quantidade de gás que permanece nesse espaço. E nessa região, essa quantidade de ar tem a composição muito próxima a composição do gás alveolar. Os outros 300 ml vão apresentar a composição do ar atmosférico, ou seja, do ar umedecido que inspiramos. Ao final da nossa inspiração, já vai ter acontecido a mistura de gás completa e transformação da mistura inicial em gás alveolar: quando o ar atmosférico entra junto com o ar do espaço morto anatômico que já tinha composição alveolar, ocorre a mistura depois de um tempo e eles ficam com a composição do gás alveolar. Quando esses 450 ml entram na zona respiratória, 150 ml ficam no espaço morto anatômico. Então, durante a expiração subsequente, os primeiros 150 ml que vão sair dos pulmões tem a composição do espaço morto anatômico e os outros 300 ml vão ser de composição alveolar. Ao final da expiração, uma parte fica no espaço morto anatômico, em torno de 150 ml. VOLUMES PULMONARES x VENTILAÇÃO PULMONAR Nessa imagem, nós conseguimos observar alterações na ventilação alveolar em relação a ventilação pulmonar. Lembrando que o espaço morto anatômico pode aumentar mas aqui estamos alterando apenas a ventilação. E lembrando que ventilação é o volume corrente x frequência respiratória.Temos três exemplos e nos três temos volume de espaço morto anatômico de 150 ml. Os 8.000 ml/min são atingidos nos três casos. A: Temos volume corrente baixo de 250 ml mas uma frequência de 32 irpm para atingir o volume de 8000 ml/min de ventilação. O volume corrente é baixo porém a frequência ventilatória é alta. Se multiplicar o espaço morto anatômico de 150 ml pelas incursões respiratórias de 32 irpm, vamos ter 4800 ml de espaço morto (muito grande). Desses 8000 ml apenas 3200 ml atingem a ventilação alveolar, está sendo uma ventilação baixa porque o resto está sendo perdido no espaço morto anatômico. B: Temos um volume corrente maior de 500 ml e uma frequência normal de 16 irpm, dando uma ventilação de 8000 ml/min. Considerando que o espaço morto anatômico tem 150 ml e temos a frequência de 16 irpm, vamos ter perdido nesse espaço apenas 2400 ml. Dos 8000 ml ventilados, 2400 ml são perdidos no espaço morto anatômico e 5600 ml chegam na ventilação alveolar. Volume Corrente x Frequência Respiratória = Ventilação Isabela Matos – T5 – UFMS CPTL 8 FISIOLOGIA – BBPM III C: Temos um volume corrente muito grande de cerca de 1L, tem metade das incursões, cerca de 8 irpm. Como essa frequência respiratória diminuiu, se multiplicarmos essa frequência pelo espaço morto anatômico de 150 ml, temos volume de espaço morto anatômico de 1200 ml. Então, dos 8000 ml, temos 1200 ml de volume de espaço morto e 6800 ml de ventilação alveolar. Dessa forma percebemos que alteração da frequência respiratória ou do volume corrente podem alterar o volume do espaço morto anatômico, prejudicando assim a respiração alveolar. MARGARIDA: Considerando-se que em B está representada a condição normal, se o padrão respiratório fosse o de A haveria uma hipoventilação alveolar, ao passo que C corresponderia a uma hiperventilação alveolar.
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