Biofísica da Ventilação

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JASMINY MOREIRA | TURMA 5 BMF | 2020.2 
 
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Biofísica da Ventilação
Conceitos Gerais 
→ A respiração celular refere-se à reação intracelular 
do oxigênio com moléculas orgânicas para produzir 
dióxido de carbono, água e energia na forma de ATP. 
→ À medida que existe uma solicitação da 
mitocôndria que está em vários tecidos, fará com que 
as engrenagens passam a trabalhar de forma mais 
rápida para atender a mitocôndria (situação de 
exercício). 
→ Situação de repouso preciso ter o débito de 5L que 
equivale a 250ml de oxigênio. 
→ O sistema respiratório para atender essa demanda 
deverá ter uma reserva pulmonar grande. Muito 
comum pessoas pararem exercício por conta de menor 
reserva cardíaca por algum dia parar o exercício por 
menor reserva pulmonar. 
→ Normalmente pode acontecer caso a pessoa tenha 
patologia associada. 
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Função do Sistema Respiratório 
→ Troca gasosa 
→ Equilíbrio ácido-base 
→ Mecanismos de defesa pulmonar 
→ Metabolismo pulmonar 
→ Manipulação de materiais bioativos 
→ Fonação 
‘’Imagine-se cobrindo a superfície de uma quadra de 
aprox. 75m² com um filme plástico fino e, então, 
amassando-o e colocando-o dentro de uma garrafa de 
3L. Isso é possível?’’ 
→ Isso seria o equivalente à nossa capacidade de 
troca 
→ Os pulmões de um homem de 70kg possuem uma 
superfície de trocas gasosas do tamanho dessa 
cobertura de plástico, comprimida em um volume que 
é menor do que o da garrafa. Necessário para suprir 
os trilhões de células do corpo com quantidade 
adequada de oxigênio’’. 
 
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Em que segmento das vias aéreas a aérea de secção 
transversa é maior e, portanto, a velocidade de fluxo 
de ar é menor? 
→ Região onde acontece a zona respiratória 
→ Eu tenho um aumento da aérea de secção 
transversa fazendo com que ocorra essa segmentação 
cada vez maior e isso faz com que a velocidade do ar 
que entra e vai passando no sistema vai diminuindo, 
na medida que ele vai se ramificando nesse sistema. 
→ A velocidade do fluxo de ar é maior nas vias aéreas 
superiores e menor a partir dos bronquíolos terminais 
→ Maior aérea de secção transversa e menor 
velocidade do fluxo de ar 
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O que é Ventilação? 
→ ‘’Renovação de ar’’ no sentido de fazer uma troca 
→ É a troca de ar entre a atmosfera e os alvéolos 
Como o ar sai da atmosfera e vai para o pulmão? 
→ O que faz a movimentação do ar é o gradiente de 
pressão 
→ O gradiente de pressão entende que um fluido vai 
fluir de maior pressão para a menor pressão 
→ Para eu fazer o fluxo de ar entrar no meu pulmão, 
a minha pressão alveolar em relação a atmosfera tem 
que estar menor. Eu tenho que diminuir a pressão do 
alvéolo menor que a pressão atmosférica para 
conseguir fazer o ar fluir para dentro dele. 
→ Quando eu quero tirar o ar do alvéolo e jogar para 
a atmosfera, ela tem que ficar maior que a pressão 
atmosférica 
 
L E I D E D A L T O N 
→ Pressão parcial do gás 
→ O somatório na pressão desses gases dá a pressão 
atmosférica 
→ A pressão total de uma mistura de gases é a soma 
das pressões dos gases individuais 
→ Pressão atmosférica (Patm) convencionou-se 0 
cmh²O 
→ Patm = 760 mmHg (nível do mar) 
1 mmHg = 1,36 cmh²O ou em quilo pascais (kPa), em 
que 760 mmHg = 101,325 kPa. 
 
 
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Por que é importante considerar a umidade e a 
temperatura do ar? 
→ Porque entendemos que o que movimenta o fluxo 
de ar para dentro ou para fora é a diferença de 
pressão 
→ Para calcular a pressão parcial de um gás no ar 
úmido, você primeiro deve subtrair do vapor da água 
da pressão total. Com a umidade do ar em 100% na 
temperatura 25°C, a pressão do vapor de água é de 
25 mmHg. 
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L E I D E B O Y L E 
→ Relação pressão-volume 
→ A lei de Boyle também expressa a relação inversa 
entre a pressão e o volume 
→ Toda vez que aumentamos o tamanho de um 
recipiente/alvéolo, eu reduzo a pressão 
→ Tenho menor choque de moléculas entre elas e a 
pressão reduz 
 
→ Se o tamanho do recipiente é reduzido, os choques 
entre as moléculas de gás e as paredes tornam-se 
mais frequentes, a pressão aumenta 
→ Para aumentar a pressão alveolar eu preciso 
diminuir o volume do alvéolo 
→ Para diminuir a pressão alveolar eu preciso 
aumentar o volume do alvéolo 
 Para o ar fluir para dentro do alvéolo → pressão 
menor → aumentar o volume alveolar 
Aumento o volume alveolar → reduzo a pressão 
interna dele → fluxo de ar pela diferença de pressão 
entra no pulmão 
Exemplo 
→ O recipiente do lado esquerdo contém 1L e exerce 
uma pressão de 100 mmHg 
 
→ O que acontece com a pressão quando o volume 
diminui para 0,5L? 
 
A pressão fica 200. (aumentou o dobro porque eu 
tive uma redução do meu volume). 
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Como alterar o Volume Pulmonar? 
→ Pela contração muscular 
→ Durante a ventilação o ar flui devido aos 
gradientes de pressão 
 
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Como a contração muscular expande o pulmão? 
→ A parede torácica também está ligada à pleura 
pela membrana parietal 
→ Quando os músculos contraem eu tenho em 
repouso uns ‘’tonos’’ desse musculo, parede torácica 
que faz a força de expansão da caixa torácica em 
direção para expandir. 
 
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→ Quando os músculos contraem, essa força aumenta 
mais ainda 
→ A parede torácica atua para manter os alvéolos 
abertos opondo-se a retração elástica = forças 
opostas. 
→ A caixa torácica faz força para expandir e os 
alvéolos fazem força para fechar 
→ Ao passo que a caixa torácica faz força para esse 
sentido os alvéolos fazem força ao contrário 
→ O líquido pleural acaba reduzindo a pressão 
→ A minha pressão intrapleural em situação de 
repouso é por volta de -3 a -5 mmHg 
 A pressão intrapleural em condições basais é 
negativa. Ela é importante porque permite que o 
meu parênquima pulmonar fique expandido sempre. 
Quando eu contraio os músculos na inspiração ela 
fica mais negativa ainda. 
 
Parte clínica: Pneumotorax 
→ Quando eu perco a pressão intrapleural negativa 
→ Meu pulmão fica colapsado 
→ Se a cavidade pleural for aberta e ficar conectada à 
atmosfera, o ar fluido para dentro 
→ A ligação que mantem o pulmão aderido à caixa 
torácica é perdida, e o pulmão colapsa, criando ar no 
tórax 
→ A pressão fica positiva apenas no pneumotorax 
 
 
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Pressão Transpulmonar 
→ É a pressão alveolar menos a pressão intrapleural 
 
 
→ A pressão transpulmonar aumenta de acordo com 
o trabalho pulmonar. 
→ Na inspiração o trabalho é maior que a expiração. 
→ A pressão intrapleural no momento que antecede 
a inspiração está negativa. (3 a 5cm de agua) 
→ Se olharmos no mesmo ponto, a pressão do alvéolo 
está 0 no momento em que antecede a inspiração. 
→ A minha pressão alveolar neste ponto inicial está 
igual a pressão atmosférica 
Explicação do gráfico 
 → Minha pressão intrapleural é sempre negativa 
Veio o estímulo nervoso 
→ Levou a contração dos músculos da inspiração 
(diafragma e intercostais externos) 
→ Houve expansão do pulmão 
→ Minha pressão pleural fica mais negativa quando 
tracionamos esses músculos 
→ Fica por volta de -7 ml 
→ Minha pressão alveolar também cai 
→ Fica por volta de -1ml 
→ Nesse momento a pressão está menor que a 
pressão atmosférica 
→ Conforme vai diminuindo a pressão alveolar o 
volume de ar que vai entrando no pulmão vai 
aumentando 
→ Diminui minha pressão intrapleural 
→Faz expandir o volume do alvéolo 
Conforme vai enchendo o recipiente vazio a pressão 
vai aumentando 
→ Conforme entra e sai ar do alvéolo, eu altero a 
pressão alveolar. 
 
→ O ponto inicial o alvéolo está menorzinho. Neste 
ponto, a pressão alveolar está igual a atmosférica (0). 
Ou seja, nem entra e nem sai ar. 
→ Os músculos inspiratórios contraem 
→ A pressão intrapleural fica negativa e expande o 
alvéolo 
→ Quando tenho expansão do alvéolo, fica negativo. 
Por volta de -1 
→ Quando está negativo e expandido faz com que ele 
entra ar 
→ O ar começa a entrar e ele estava negativo. Mas 
quando você começa a encher ele, toda vez que eu 
tenho recipiente que enche eu reduzo a pressão (lei de 
Boyle) 
→ A pressão que era 0 começa a ficar mais positiva 
(de -7 para -3) 
→ Então eu tenho o alvéolo que está ficando menor 
de novo e começa a expulsar o ar 
→ Primeiro fica menor com ar dentro (+1) e isso ajuda 
a expulsar o ar de dentro dele 
→ Ele vai expulsando o ar e vai ficando no tamanho 
original 
→ De +1 ele vai para 0. Expulsa todo o ar que estava 
dentro e fica por volta do volume corrente inicial 
Entre uma inspiração e expiração o inicial é 0. 
Porque está entre os dois momentos. Nessa hora só 
temos a pressão pleural negativa fazendo com que o 
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alvéolo fique aberto mas não tenha volume que deixe 
ele menos negativo 
→ Conforme o alvéolo vai expandindo ele vai ficando 
negativo e enchendo de ar. 
→ Conforme vai enchendo de ar, fica igual a zero e 
depois positivo. 
→ Isso faz o ar sair 
→ Assim vai sendo os ciclos respiratórios. Sempre 
pela diferença de pressão 
 
 
1. Músculos da caixa torácica e o diafragma 
funcionam como uma bomba 
2. A maior parte do tecido pulmonar (parênquima) é 
um fino epitélio de troca e fibras elásticas e colágenas 
3. Músculos contraem e pulmões expandem, uma vez 
que estão presos à parede interna do toráx pelo 
liquido pleural (seroso). Pleura intrapeural mais 
negativa. 
4. Para mover o ar para dentro dos alvéolos, a pressão 
dentro dos pulmões deve ser mais baixa do que a 
pressã atmosférica. 
5. Boyle: maior volume, menor pressão 
I N S P I R A Ç Ã O 
1. O cérebro inicia o esforço inspiratório 
2. Nervos transmitem o comando inspiratório aos 
músculos inspiratórios 
3. O diafragma (e/ou os m. intercostais externos) se 
contraem 
4. O volume torácico aumenta à medida que a parede 
torácica se expande 
5. A pressão intrapleural torna-se mais negativa 
6. O gradiente de pressão transmural alveolar 
aumenta 
7. Os alvéolos se expandem de acordo com suas curvas 
individuais de complacência, em resposta ao aumento 
do gradiente de pressão transmural. Isso aumenta a 
retração elástica alveolar. 
8. A pressão alveolar cai em relação à pressão 
atmosférica à medida que o volume alveolar aumenta 
e , consequentemente, há o estabelecimento de um 
gradiente de pressão para o fluxo aéreo 
9. O ar flui para o interior dos alvéolos até a pressão 
alveolar se igualar à pressão atmosférica 
E X P I R A Ç Ã O 
1. O cérebro cessa o comando inspiratório 
2. Os músculos inspiratórios relaxam 
3. O volume torácico diminui, fazendo a pressão 
intrapleural torna-se menos negativa e diminuindo o 
gradiente de pressão transmural alveolar 
4. O menor gradiente de pressão transmural alveolar 
permite que a retração elástica alveolar aumentada 
faça os alvéolos retornarem aos seus volumes pré-
inspiratórios 
5. A diminuição do volume alveolar aumenta a 
pressão alveolar em relação a pressão atmosférica e, 
estabelece um gradiente de pressão para o fluxo aéreo 
6. O ar flui para fora dos alvéolos até a pressão 
alveolar se igualar à pressão atmosférica 
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Complacência 
→ Capacidade que eu tenho em deformar um corpo. 
→ Essa capacidade é a força que fazemos, a pressão. 
→ Toda vez que eu tiver que aplicar a pressão para 
acomodar um volume de ar, isso indicará minha 
complacência. 
→ Refere-se à quantidade de força que deve ser 
exercida sobre um corpo para o deformar. No pulmão, 
podemos expressar a complacência como uma 
alteração do volume (V), que é resoltado de uma força 
ou pressão (P) exercida sobre o pulmão. 
 
→ É uma medida da facilidade com a qual a parede 
do tórax e os pulmões se expandem 
→ A perda da complacência aumenta o trabalho 
respiratório 
→ É quantidade de força que eu tenho que fazer para 
deformar o corpo 
Exemplo 
→ Se minha pressão transpulmonar for grande para 
acomodar um pequeno volume, o pulmão e a parede 
têm pouca complacência 
→ Quando mais inclinado a reta, menos complacente. 
(mais rígido) 
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D I A G R A M A D E C O M P L A C Ê N C I A 
→ A complacência total de ambos os pulmões no 
adulto normal é, em média, de 200militros de ar por 
centímetro de pressão transpulmonar aumentar 1 
centímetro de água, o volume pulmonar, após 10 a 20 
segundos, se expandirá 200 militros. 
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→ Se eu fizesse um corte ao meio a expiração está 
acomodando mais volume 
→ Se a expiração numa mesma pressão pleural 
acomoda mais volume, o ponto da inspiração está 
fazendo mais trabalho pulmonar. Porque para 
acomodar o mesmo volume tenho que fazer um 
trabalho maior. 
Histerese 
→ A diferença na curva de complacência da inspiração 
e expiração 
 
→ O ponto 1 é o ponto onde tenho a maior pressão 
relativamente sem que entre mais volume de ar. 
→ Quando o pulmão é estirado até esse ponto, ele 
quer voltar. Então não ‘’estico’’ mais que isso aí. 
→ Na curva de complacência sempre terá uma região 
que esticará com mais facilidade e a região que 
esticará ao máximo e não consegue mais fazer 
trabalho. 
→ Então tenho ponto máximo de estiramento (1) e o 
ponto mínimo (do 3 para o 4) 
→ Toda vez que levarmos ao máximo, não tenho mais 
a onde aumentar o meu volume pois fui ao máximo do 
estiramento dele. 
 
Alta complacência 
→ Pulmão prontamente distensível 
Baixa complacência 
→ Pulmão rígido 
 
Diminui a complacência: 
→ Fibrose 
→ Sarcoidose 
→ Lesão química ou térmica pulmonar 
→ Congestão vascular pulmonar ou aéreas de 
alvéolos colapsados (atelectasia) 
→ Presença de ar, excesso de liquido ou sangue no 
espaço intrapleural 
→ Pressão torácica em obesos 
→ Afecções músculo esqueléticas, com menor 
mobilidade da caixa torácica (ex: cifoescoliose) 
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Elastância 
→ Capacidade de resistir a deformação mecânica 
→ Também se refere a capacidade que um corpo tem 
de voltar a sua forma original quando a força que 
promove a sua deformação é removida 
→ É a capacidade de um pulmão resistir ao 
estiramento, ou de voltar ao seu estado de repouso 
 
Patologia de enfisema 
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F A T O R E S Q U E I N F L U E N C I A M O 
T R A B A L H O R E S P I R A T Ó R I O 
→ Complacência 
→ Tensão superficial 
→ Resistencia 
Doença restritiva pulmonar 
Doença pulmonar obstrutiva 
 
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Tensão Superficial 
→ É a interface de um líquido com o ar 
→ ‘’Quando a água forma uma superfície de contato 
com o ar, as moléculas da agua nas superfície tem 
atração especialmente forte uma pelas outras. Como 
resultado, a superfície da água está sempre tentando 
se contrair. Isto é o que mantem as gotas unidas.’’ 
 Cria uma propriedade chamada de tensão 
superficial 
→ A água forma uma espécie de ligação entre as 
moléculas que permitem formar gotículas. 
→ Como se fosse a ligação dos hidrogênios formando 
a coesão da água que forma uma forma que vai para 
o centro da gotícula/lâminade água. 
→ Se eu tenho um alvéolo e na face interna tem uma 
membrana da água e entra em contato com ar e forma 
tensão. 
→ As moléculas de água se unem e fazem uma força. 
Essa força acaba indo para o centro do alvéolo, como 
se fosse uma força de contração/união das moléculas. 
→ Essa pressão tende a querer fechar o alvéolo 
→ Mensuramos a tensão superficial 
dentro dessa pressão de 
colapsamento do alvéolo por meio 
da lei de Laplace, onde avaliamos a 
pressão que está sendo formada igual a 2x a tensão 
superficial dividindo pelo raio. 
 
 
A pressão que tende a colapsar os alvéolos é 
diretamente proporcional à tensão superficial e 
inversamente proporcional ao raio do alvéolo 
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C O M P L A C E N C I A – T.S 
→ As pressões transpleurais necessárias para 
expandir os pulmões cheios de ar 
→ São cerca de 3x maiores que as necessárias para 
expandir os pulmões cheios de solução salina 
→ Pode-se concluir que as forças elásticas teciduais, 
que tendem a provocar o colapso do pulmão cheio de 
ar representam, apenas cerca de um terço da 
elasticidade total pulmonar, enquanto as forças de 
tensão superficial liquido-ar nos alvéolos 
representam cerca de dois terços. 
 
Para se expandir o pulmão precisa superar: 
1. A força elástica do tecido pulmonar (elastina + 
colágeno 1/3) 
2. Forças elásticas pela tensão supeprficial (2/3) 
 
S U R F A C T A N T E 
→ Reduz a tensão superficial. 
→ Nos pulmões, os alvéolos menores tem mais 
surfactante, o que diminui as diferenças pressóricas 
entre os alvéolos grandes e pequenos. 
→ É formado a partir do momento que o bebe começa 
a respirar/no final da maturação do bebe. 
→ Mas quando o bebe não tem a maturação pulmonar, 
ele precisa de intervenções como o surfactante e a 
respiração mecânica. 
 
→ Ele quebra as ligações do hidrogênio diminuindo a 
tensão superficial 
→ É como se fosse um detergente 
→ Reduz a tensão superficial de 2-10 x 
→ Toda vez que eu produzo surfactante diminui a 
pressão superficial diminuindo o trabalho pulmonar 
→ Células alveolares do tipo 2 (pneumócitos tipo II), 
sintetizam e secretam surfactante no espaço alveolar, 
‘’agentes ativos de superfície’’ 
→ Proteínas e fosfolipideos, como dipalmitoil 
fosfactidilcolina (DPPC) 
→ Se alinham na superfície alveolar com as porções 
hidrofóbicas atraídas entre si e as porções hidrofílicas 
repelidas. 
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E Q U A Ç Ã O D E P O I S E U I L L E 
→ A relação entre o raio do tubo e a resistência é a 
mesma para o fluxo de ar e para o fluxo sanguíneo 
→ Á medida que o raio diminui, 
a resistência aumenta 
→ Quando a resistência 
aumenta, o corpo precisa usar 
mais energia para gerar o fluxo 
de ar 
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Parte Clínica: Doenças Obstrutivas 
FATORES QUE AUMENTAM A RESISTÊNCIA 
Enfisema 
→ perda da retração elástica pulmonar 
Asma 
 → Contração espasmódicas dos músculos lisos nos 
brônquios 
DPOC 
→ tampões de muco e estreitamento dos bronquíolos 
Neoplasias pulmonares 
→ obstrução de vias aéreas centrais 
Broncoconstrição 
→ aumenta a resistência ao fluxo de ar e diminui a 
quantidade de ar ‘’novo’’ que alcança os alvéolos 
Broncodilatação 
→ Diminui a resistência ao fluxo de ar e aumenta a 
quantidade de ar ‘’novo’’ que alcança os alvéolos