Biofísica da respiração

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JEAN LUQUE. MED SBC 
BIOFÍSICA DA RESPIRAÇÃO. 13/10/2020 
 
Biofísica da respiração ou Biofísica da ventilação 
Referência bibliográfica: Guyton, capítulo 38. 
 
Questões Norteadoras 
 
 
 
A AULA PER SE 
 
Antes, a composição do ar atmosférico não 
continha o2. Algumas mudanças fizeram com que 
esse gás passasse a existir no ar. 
Existia uma célula, Luca, que mesmo sem o2, já 
continha muitos componentes. O aparecimento 
de vários componentes e formas de respiração, 
como fotossíntese, mitocôndria, possibilitaram um 
aumento na participação do o2 no ar 
atmosférico, com o surgimento de organismos 
mais complexos e dependentes desse ar. Uma 
homeostase de o2 possibilitou a vida terrena. 
Atualmente, o ar atmosférico possui, em sua 
composição, 21% de Oxigênio. 
 
 
 
 
A respiração celular diz respeito a uma reação 
intracelular do oxigênio com moléculas orgânicas 
para produzir dióxido de carbono, água e 
energia na forma de ATP. 
 
 
 
Perspectiva funcional de como ocorre a 
respiração no conceito biológico. 
 
• O sistema respiratório é extremamente 
interligado ao sistema circulatório. 
 
 
A mitocôndria precisa desse oxigênio chegando 
nela para a produção de ATP. 
Quais são os componentes que levam o o2 para 
a mitocôndria? 
• Pulmão, vias condutoras, sistema nervoso, 
músculos respiratórios. Ou seja, os 
componentes do sistema respiratório. 
Qual a função do sistema respiratório? 
• Troca gasosa; 
• Equilíbrio ácido-base; 
• Mecanismo de defesa pulmonar; 
• Metabolismo pulmonar; 
• Fonação. 
 
Esse sistema é tão eficiente que conseguimos 
trocar uma quantidade muito significativa de ar, 
graças a uma grande superfície de troca. 
 
Essa segmentação pulmonar, alveolar, faz com 
que a velocidade do fluxo seja menor. Algo 
importante para que ocorra a troca de fato. 
Lembrar da fórmula: V=Q/A 
A velocidade do ar que vai passando por esse 
sistema diminui, pois: Velocidade do fluxo de ar é 
maior nas vias aéreas superiores e menor a partir 
dos fluxos terminais. 
 
 
 
 
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O fluxo é mais turbilhar na região de traqueia, 
posto a maior velocidade. 
 
O que é ventilação? 
 
É a troca de ar entre a atmosfera e os alvéolos. 
Não necessariamente essa passagem irá fazer 
com que ocorra a troca gasosa. 
 
Como que ocorre a passagem, ou a 
movimentação do ar? 
 
 
 
Gradiente de pressão. Um fluído vai fluir de uma 
região de maior pressão para outra de menor 
pressão. Logo, para eu fazer o ar entrar no meu 
alvéolo, ele precisa ter uma pressão menor que a 
atmosférica, e quando eu quiser mandar ele 
para fora, ele deve ter pressão maior que a 
atmosférica. 
 
• Lei de Dalton: Pressão parcial dos gases. 
A pressão total de uma mistura de gases é a 
soma das pressões dos gases individuais. 
P=P1+P2+P3. 
PATM, é de 760mmHg, nível do mar. 
Lembrar que: 
 
 
 
-Menor quantidade de ar=menor peso=menor 
pressão. 
 
-Maior quantidade de ar=maior peso=mais 
pressão. 
 
 
 
Levo em conta a pressão atmosférica desse 
local, menos a pressão da água, levando em 
consideração que tenho esse ar umidificado. Por 
fim, multiplico pelo percentual de o2 no ar. 
Com isso, chega à pressão parcial do o2 a nível 
do mar. 
No dia mais seco, a pressão aumenta, no mais 
úmido, diminui, levando em conta esta 
subtração. 
Em grandes altitudes, é mais difícil respirar, pois a 
diferencia de gradiente de pressão é menor. 
 
• Lei de Boyle: Relação pressão-volume 
Toda vez que diminuo o tamanho do recipiente, 
eu aumento a pressão desse lugar, visto que os 
choque entre as moléculas do ar são maiores. 
Reduzo volume, aumento pressão, e isso é 
proporcional ao volume. 
PARA REDUZ IR PRESSÃO ALVEOLAR, AUMENTO O 
VOLUME DO ALVÉOLO ( INSP IRAÇÃO) 
PARA AUMENTAR A PRESSÃO ALVEOLAR, D IMINUO O 
VOLUME DO ALVÉOLO9 (EXPIRAÇÃO) 
 
 
 
E como que eu altero o meu volume pulmonar e 
dos alvéolos? 
• Contração muscular para inspi/Expi. 
 
 
 
 
A contração desses músculos irá expandir o 
pulmão(parênquima) e isso auxilia a expansão 
dos alvéolos, alterando as pressões. 
 
 
 
Expiração forçada: Esforço físico, fala, canto, 
tosse, espirro, patológico. 
 
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Caminhar falando é difícil, pois não consigo 
aumentar meu volume pulmonar de forma 
eficiente, e assim, diminuir pressão e fazer troca 
de forma consciente. 
 
Como a contração muscular expande o 
pulmão? 
 
 
 
Pleura parietal, quando os músculos contraem, 
eu tenho uma força que aumenta no sentido de 
contração (seta na direção das costelas). 
Logo pressão intrapleural aumenta. 
 
Alvéolos: fazem força para sentido contrário da 
contração. 
 
Rola forças opostas, o que faz com que o líquido 
pleural seja pressionado e tem sua pressão 
diminuída. Por isso, em uma situação de repouso, 
a pressão intrapleural é negativa de -3 mmHg. 
Essa puxada de forças opostas, torna a pressão 
negativa, em condições basais. 
Importante, pois é ela que permite que meu 
pulmão fique expandido sempre. Se não tenho 
essa pressão negativa, tenho o pneumotórax, se 
não meu pulmão fica murcho e morro. 
Quanto mais forte for minha inspiração, mais 
negativa fica minha pressão intrapleural. 
Quanto mais forte for minha inspiração mais 
negativa vai ficar essa pressão intrapleural? que 
vai de encontro com a diminuição da pressão 
com o aumento do volume. 
 
 
 
 
 
Pressão Transpulmonar 
 
Ptrasn= pAlveolar-pIntrapleural 
 
 
 
Construção desse gráfico: 
 
Temos a pressão pleural, pressão alveolar e entre 
esses dois a pressão Transpulmonar. 
Vemos que hora ela é maior, hora menor, ou seja, 
ela aumenta de acordo com o trabalho 
pulmonar. Maior trabalho pulmonar, maior 
pressão pulmonar. Na inspiração, nosso trabalho 
é maior que na expiração, portando, pressão 
Transpulmonar maior. 
A pressão intrapleural no repouso, essa pressão 
está negativa (-5), enquanto a alveolar zero, 
igual a pressão atmosférica. 
Rolou a inspiração, começa expansão do 
pulmão, pressão intrapleural fica mais negativa, 
ou seja, ainda mais menor (-7). Com isso a 
pressão alveolar também cai, (-1), e tudo isso faz 
o volume de ar aumentar. 
 
Na expiração, a minha pressão intrapleural vai 
voltando para o basal, e alveolar volta ao basal 
também, e o volume pulmonar começa a cair. 
Pensar na relação de: Menor volume, maior 
pressão. Baixa pressão, ar sai. 
 
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Complacência 
 
Capacidade de deformar um corpo. Essa 
capacidade é uma força, e essa força é a 
pressão Transpulmonar. 
 
 C= VOLUME/PRESSÃO. 
 
Se tenho muita pressão Transpulmonar, significa 
que esse pulmão/ parede torácica é pouco 
complacente. 
 
 
 
O 2, em mesma pressão, é menos complacente, 
ou seja, acomoda menos ar. Por isso, teria que 
fazer mais pressão p segurar o ar. 
 
Diagrama de complacência pulmonar 
 
 
Qual acomoda mais volume? 
A expiração. 
Se expiração numa mesma pressão pleural 
acomoda um mesmo volume, a inspiração faz 
mais trabalho para acomodar em um mesmo 
volume. 
Histerese= Diferencia da curva de complacência 
na inspiração e expiração. 
 
 
No ponto 1, é onde ocorre o esticamento 
máximo, e não consegue mais fazer trabalho. 
Logo, quer voltar. Existem doenças que vamos ao 
máximo em uma curva só, por exemplo. 
 
 
Na alta complacência, eu acomodo volume 
maior de ar. 
Baixa complacência: Acomodo volume com 
maior dificuldade. 
 
 
 
 
 
TENSÃO SUPERFICIAL 
 
A água forma tensão superficial. Espécie de 
gotículas unidas, ligações de hidrogênios que 
formam uma força que aponta para o centro da 
lâmina de água. 
Se temos o alvéolo, é necessário pensar que em 
sua face interna temos uma membrana interna 
de água, que ao entrar em contato com o ar 
forma uma tensão, que gera uma força que 
aponta para o centro do alvéolo. 
 
 JEAN LUQUE. MED SBCEssa tensão tende a querer fechar o alvéolo, 
colapsar. 
No alvéolo menor, a pressão para fechar é maior, 
o que faz com que ele colapse primeiro, ou seja, 
feche-se mais rápido. 
Os nossos alvéolos não estão todos expandidos 
no mesmo diâmetro, as vezes possuem tensão 
superficial igual, mas não pressão de colapso. 
 
 
 
 
Quando retiro tensão superficial, o trabalho desse 
pulmão é muito baixo, pois sua pressão é -2. 
 
O nosso organismo possui algum mecanismo 
para reduzir essa pressão superficial? 
Surfactante. Nos alvéolos menores preciso 
colocar mais surfactante, pois sua força é maior. 
 
 
A pressão que tende a colapsar os alvéolos é 
diretamente proporcional a tensão superficial e 
inversamente proporcional ao raio do alvéolo. 
O surfactante, por fim, diminui a pressão e 
tensão. 
 
 
 
O trabalho aumenta muito quando não há 
surfactante, uma vez que pressão fica 24 e o 
pulmão tende a colapsar muito rápido, não 
consegue ventilar. 
 
 
 
Quando bebe não tem esse surfactante? 
 
 
 
Resistência: 
 
 
 
Toda vez que estreitar a via aérea, vamos ter 
mais dificuldade em colocar ou por o ar. 
 
 JEAN LUQUE. MED SBC 
 
 
 
Comprimento da via 
Viscosidade do ar (mais úmido, mais viscoso) 
Raio a quarta potência. 
O raio será o fator mais importante da resistência. 
 
 
 
 
Na doença obstrutiva, posso diminuir raio, 
oferecer broncoconstrição. 
Doenças obstrutivas oferece resistência a 
passagem do ar, e isso reduz a disponibilidade de 
ar. 
 
• Enfisema 
• Asma 
• DPOC 
• Neoplasia 
 
 
 
Parassimpático: Induz resposta de contração 
muscular, 
 
 
 Fatores que reduzem a adrenalina? 
 
 - Broncodilatação, diminui a resistência ao fluxo 
de ar e aumenta a quantidade de ar novo que 
alcança os alvéolos. 
-Quem tem asma usa isso para dilatar os 
brônquios. 
-Uso de Agonista beta-2 adrenérgicos