Mecânica da Ventilação - Fisiologia

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Mecânica da Ventilação 
 
A principal função do Sistema Respiratório é fornecer oxigênio, através de um 
sistema integrado, a todos os tecidos e células (inspiração) e servir como meio de 
expulsão do CO2 (expiração), proveniente do sistema venoso. O Sistema Respiratório 
também tem outras funções que não sejam estritamente respiratórias, como no caso 
da micção, que está relacionada com a contração dos músculos abdominais, que são 
músculos respiratórios, aumentando a pressão na cavidade abdominal fazendo com 
que seja mais fácil a expressão de urina. O vômito também é relacionado a contração 
dos músculos abdominais. 
Nós podemos classificar o estudo da fisiologia respiratória em 4 etapas: 
1. Ventilação Pulmonar – troca cíclica de ar 
2. Difusão – passagem do O2 entre alvéolos e sangue 
3. Transporte – mecanismos para os gases serem transportados 
4. Regulação – sistema nervoso 
Começando com a ventilação 
pulmonar, a primeira coisa que 
deve ocorrer no processo de 
ventilação é a entrada do ar pelas 
vias aéreas, quando a gente 
inspira nós colocamos pra dentro 
do nosso sistema ventilatório uma 
grande quantidade de oxigênio e 
logo nessa porção de entrada, a 
região nasal, é muito importante 
porque é nessa região que ocorre 
a função de acondicionamento do 
ar que podemos destacar a 
filtração, umidificação e aquecimento. Esses três processos ocorrem para facilitar a 
descida do ar até as regiões mais inferiores e para que esse ar possa ser trocado ao 
chegar nos alvéolos e é tão importante que serve para um diagnóstico clínico rápido, 
principalmente na neonatologia. 
 Através do batimento da asa do nariz, pode ser possível ver a frequência 
respiratória da criança: ↑ batimentos - ↑ Frequência Respiratória. E se a frequência 
está mais elevada, o trabalho respiratório dela também estará aumentado . 
 Frequência Respiratória: 
Recém-nascido: 60 
Adulto: 12-14 
 Músculos da Respiração: 
 Região da caixa torácicas 
 Região abdominal 
 Diafragma (marca a divisão entre as outras duas regiões) 
Respiração Calma e Tranquila 
 Nesse tipo de respiração a musculatura que vai ser ativada será a diafragmática 
para que haja o processo inspiratório. A inspiração é um processo ativo, ou seja, a 
musculatura gasta energia, a expiração, ao contrário do que muitos pensam, também 
é um processo ativo. A princípio, se formos observar o parênquima pulmonar, 
podemos notar que ele é formado fibras de colágeno, elastina e reticulina, que são 
fibras que se esticadas querem voltar à sua posição de repouso, então quando a gente 
inspira todas essas fibras vão se esticando e para expirar elas vão querer voltar pra sua 
posição normal e com esse retorno tendem a expulsar o ar dos pulmões, mas para que 
a contração não aconteça muito rapidamente o diafragma realiza uma contração 
excêntrica (de frenagem) fazendo com que a contração ocorra mais lentamente e de 
forma gradativa. 
 
Respiração Profunda 
 Nesse tipo de respiração o diafragma não dá conta sozinho, necessitando da 
ajuda de outras musculaturas, os mais acionados são os intercostais internos 
(expiração) e externos (inspiração). Os intercostais externos sempre se originam na 
costela superiores e vão se inserir na costela inferior, então quando o músculo se 
contrair a de baixo vai ser puxada em direção a de cima, aumentando o espaço do 
gradil costal porque nós ganhamos um espaço látero-lateral e também, como e 
esterno vai um pouco para frente, anteroposterior , pois as costelas sobem, dando 
mais espaço pro pulmão se expandir. Os internos são o contrário, se originam na de 
baixo e se inserem na de cima, puxando as de cima para baixo, então o espaço ganho 
na expiração vai ser perdido durante a expiração, facilitando a expulsão do ar dos 
pulmões. Esse movimento das costelas é chamado de Movimento de Alça de Balde . 
Durante a inspiração o diafragma baixa aumentando o espaço longitudinal e 
durante a expiração ele aumenta para a região superior, diminuindo o espaço 
longitudinal. O movimento do diafragma (pra cima e pra baixo) é em torno de 2cm. Na 
Doença Pulmonar Obstrutiva o movimento do diafragma é menor. 
Respiração de Esforço 
 Esse tipo de respiração é dividido em: 
 Inspiração de Esforço 
O músculo mais requisitado é o esternocleidomastóideo, esse músculo é 
facilmente encontrado e pode ajudar em análises clínicas. Numa inspiração de 
esforço esse músculo está mais evidente. Na Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica 
devido ao trabalho respiratório dele ser tão de esforço que a musculatura dele vai 
estar bastante hipertrofiada. 
 Expiração de Esforço 
Os músculos mais requisitados são os abdominais destacando: oblíquos 
externos e internos, transverso abdominal e reto abdominal, então toda a parte da 
musculatura abdominal vai agir no processo de respiração de esforço. Para que 
ocorra a respiração é necessário vencer a resistência dos pulmões, da pleura e da 
própria caixa torácica. 
 
OBS: os nossos pulmões tendem a colabar, se a gente retirar os pulmões e deixar ao ar 
ambiente poderemos perceber que a tendência dele é murchar, se a gente colocar um 
dreno na caixa torácica vai ter uma tendência a se abrir. As tendências vão ser 
controladas pelas pressões existentes no sistema respiratório, pressões essas que 
passamos a chamar de pressão alveolar(dentro dos alvéolos) e a pressão 
intrapleural(entre as serosas). 
Em repouso: Pressão alveolar: 0 mmHg 
Pressão intrapleural: -4 mmHg 
Patm =760 mmHg 
Pressões 
 Esses valores podem gerar um pouco de confusão, quando o aluno vai pro livro 
tem livros que dizem que a pressão alveolar é de 760 mmHg, igual a pressão 
atmosférica, mas o aluno pensa que a pressão alveolar é 0 mmHg e o livro não explica 
isso. A pressão alveolar realmente é de 760 mmHg e a pressão intrapleural é de 756 
mmHg, quantos mmHg a Pip(pressão intrapleural) está abaixo da Patm? 4mmHg. 
Então os pesquisadores preferiram trabalhar com valores pequenos, então fizeram o 
seguinte: se a gente pegar como ponto de referência a Patm, a gente pode dizer que o 
ponto de referência vai ser zero, então se a pressão alveolar é igual a atmosférica 
então a alveolar é 0(zero) e como a pressão intrapleural está 4 mmHg abaixo então ela 
é -4 mmHg. 
Inspiração 
 Durante a inspiração a pressão alveolar(Pa) fica menor que a atmosférica, 
porque o ar tem que passar do que é maior pro que é menor, então para que haja 
inspiração a pressão alveolar tem que cair, ela cai cerca de 2 mmHg e a pressão 
intrapleural cai ainda mais chegando a -6 mmHg. 
Expiração 
 Durante a expiração ocorre o contrário, a pressão alveolar agora tem que se 
tornar maior que a pressão atmosférica, podendo ir até 3 mmHg ou mais e a pressão 
intrapleural retorna a valores de repouso. 
 
 
Figura 1.(Imagem ilustrativa, atentem ao texto) 
Figura 2.(Imagem meramente ilustrativa) 
 
Diferenças Pressóricas 
 São importantes na ventilação, a primeira diferença pressórica é a que vai 
definir se o ar vai entrar ou sair(1) que é a diferença: pressão atmosférica - pressão 
alveolar e outra diferença importante é: pressão alveolar - pressão intrapleural = 
pressão transpulmonar(2). 
1. Toda vez que a pressão alveolar < pressão atmosférica o ar ele entra e toda 
vez que pressão alveolar > pressão atmosférica o ar sai no processo de 
expiração. Se a gente quiser quantificar a velocidade com que o ar entra e 
sai a gente usa a fórmula de fluxo: Patm - Pa = Fluxo 
R 
2. Pa – Pip = 0 – (-4) = +4  repouso 
De forma prática a gente sabe que devido a essa constituição do 
parênquima pulmonar a tendência que vai ter o tempo todo vai ser de 
expulsar o ar de dentro dos alvéolos, porque cada vez mais que as fibras 
são esticadas, mais elas ganham força para querer voltar a sua posição de 
repouso, então vai ter que ter uma força que vá de encontro a elas, para 
que os alvéolos permaneçam abertos a cada momento respiratório,então 
essa força que vai de encontro à força de recolhimento elástico é chamada 
de pressão por força transpulmonar. Observe que o vetor está com a 
mesma intensidade, mas com direções opostas, logo quanto mais os 
alvéolos ganham ar maior vai ser a força de recolhimento elástico dos 
pulmões, então maior vai ter que ser a força transpulmonar 
Vamos acompanhar o processo de inspiração e expiração durante 4 etapas 
importantes: 
 Pressão alveolar 
 Pressão intrapleural 
 Fluxo – velocidade com que o ar sai 
 Volume corrente – quantidade de ar que entra e sai 
Durante a respiração sua musculatura respiratória vai se contrair e aí isso vai 
facilitar o aumento do gradil costal e a expansão do pulmão, uma vez que a pressão 
alveolar vai se tornar negativa, então durante a inspiração nós vamos perceber que a 
pressão alveolar vai cair de 0 para cerca de -2, acompanhando essa queda acontece o 
mesmo com a pressão intrapleural, que vai sair de -5 para -9, percebam que esse 
registro está sendo feito em cmH2O, mas também pode ser feita em mmHg basta 
saber a conversão 
A partir do momento que a inspiração vai aumentando, a velocidade com que o 
ar entra vai aumentando, quando a inspiração vai acabando a pressão alveolar vai 
voltando a 0, a pressão intrapleural vai se estabilizando num ponto mais negativo e o 
fluxo volta à 0 e aí se completa o volume corrente da inspiração. Na expiração o 
alvéolo vai ganhar uma pressão positiva pra poder expulsar o ar dos pulmões, a 
pressão intrapleural volta aos valores de repouso, o fluxo agora vai se comportar como 
negativo(sentido oposto) durante a expulsão do ar e isso tudo vai acontecendo de 
forma gradativa 
No processo de expiração o diafragma se contraindo no outro sentido, 
diminuição do gradil costal, vai ser criado uma pressão positiva alveolar que vai 
expulsar o ar dos alvéolos. 
 
FLUXO 
 Então esse fluxo, essa velocidade, com que o ar passa pelos condutos aéreos 
pode ter comportamentos diferentes dependendo do local em que ele está passando. 
Nós podemos classificar o fluxo em: 
 Fluxo Laminar 
 Fluxo Turbulento 
 Fluxo Transicional 
 
 
O fluxo laminar ocorre de maneira harmônica e limpa com nenhuma 
perturbação na passagem de ar dentro dos condutos aéreos. Esse tipo de fluxo acontece 
nos bronquíolos, por serem mais estreitos a 
velocidade com que o ar passa vai ser menor e 
isso facilita para o fluxo ocorra dessa forma. 
Observe que essas setinhas indicam a velocidade 
e o fluxo que passa no centro do conduto é mais 
rápido do que as setas próximas as paredes, por 
conta da força de atrito, a viscosidade do ar influi 
no tipo de fluxo. 
O fluxo 
turbulento ocorre quando a velocidade do ar é muito 
grande ao passar em determinados condutos, isso ocorre 
fisiologicamente na traqueia, e condutos grandes e que 
recebem o ar a grande velocidade. Uma área de fluxo laminar pode se tornar 
Número de Reynolds: 
 
 ρ = massa específica do fluido 
v = velocidade média do fluido 
D = o diâmetro para o fluxo no tubo 
μ = viscosidade dinâmica do fluido 
turbulenta quando há algum tipo de empecilho na passagem do ar, como crostas de 
catarro. A fórmula de Reynolds determina qual o tipo de 
fluxo: 
 0 – 2000 → Laminar 
 2000 – 4000 → Crítico 
 4000 – 10000 → Transicional 
 10000 → Turbulência 
 
 
VOLUMES 
 Volume Corrente(Vt) – quantidade de ar inspirado e expirado numa 
respiração calma e tranquila(500ml) 
 Volume de Reserva Inspiratória(VRI) – volume de ar que ainda pode ser 
inspirado ao final da inspiração do Vt(3000ml) 
 Volume de Reserva Expiratória(VRE) – quantidade de ar que se coloca 
pra fora além do Vt(1100ml) 
 Volume Residual(VR) – quantidade de ar que permanece nos pulmões 
mesmo ao final da mais vigorosa das expirações(1200ml- 2000ml) 
o Se não houvesse o VR os alvéolos iriam colabar devido a 
diferença de pressão 
 
CAPACIDADE PULMONAR 
 Capacidade Inspiratória(CI): Vt + VRI(3500ml) 
 Capacidade Residual Funcional(CRF): VRE + VR(2300ml) 
o Quando a gente acaba de fazer uma expiração normal, tudo o 
que sobra de ar é a CRF 
 Capacidade Vital(CV): VRI + VT + VRE 
o Todo o volume de ar que pode ser disponibilizado no pulmão 
 Capacidade Pulmonar Total(CPT): VRI + VT + VRE + V 
 
 
 
 
Espaço Morto Anatômico: diz respeito à toda estrutura da árvore traqueo-
brônquica que não faz parte das trocas gasosas, então é apenas meio de condução 
Espaço Morto Fisiológico(EMF): ocorre em áreas de trocas gasosas, quando o 
capilar que faz trocas gasosas com o alvéolo é destruído, então o O2 nesse alvéolo não 
vai ser passado para o sangue, então mesmo sendo área de troca gasosa, é uma área 
perdida(geralmente são 150ml numa respiração de repouso). 
 Ventilação/minuto: Frequência Respiratória x Vt = 6000ml/minuto(normal) 
 Ventilação alveolar = FR x (Vt – EMF) = 4500ml/minuto(geralmente) 
Quando o nosso corpo percebe que menos ar está sendo trocado ele se utiliza de 
um método para regular as trocas: aumentar a frequência respiratória 
 
FORÇAS ELÁSTICAS 
 Forças de tensão superficial 
Quando há duas interações específicas: entre ar e líquido. Num compartimento 
cheio de água, as moléculas de água se atraem em todas as direções, porém as 
moléculas que estão exatamente na superfície perdem o vetor de atratividade 
superior, então os vetores de força 
acabam formando um vetor resultante e 
este vai direcionar para baixo, então na 
superfície começa a existir uma forte 
atração para baixo e uma forte atração de 
uma molécula com a outra, gerando a 
tensão de superfície. Colocando esse 
conceito no interior alveolar, que tem ar e 
líquido, então essa mesma tensão vai ser 
gerada criando uma pressão que vai fazer o ar alveolar ser expulso. Um pesquisador 
chamado Laplace relacionou a pressão no interior dos alvéolos com a tensão 
superficial sobre o raio(P = 4T/r), então a pressão superficial é igual pra todos os 
alvéolos, o que muda é o raio deles, então quanto maior o alvéolo menor será a 
pressão. 
Se os alvéolos menores desenvolvem maior pressão, então o ar dos alvéolos 
menores passariam para os grandes e colabariam, mas uma coisa impede que isso 
aconteça: a presença do surfactante. 
O surfactante é produzido pelos pneumócitos tipo II, que fazem parte da 
constituição alveolar, e possuem duas organelas bem desenvolvidas: Retículo 
Sarcoplasmático e Complexo de Golgi. O surfactante possui um fosfolipídio chamado 
de Dipalmitoilfosfatidilcolína, porque essa substância é anfipática, a extremidade 
polar é uma fita que fica em contato com a água e a extremidade apolar fica voltada 
para outras regiões, então devido a isso essa moléculas se impermeiam à moléculas de 
água(parte inaudível) diminuindo a tensão superficial. Outro efeito importante é a 
presença de canais ou poros de comunicação entre os alvéolos e ductos alveolares 
(Interdependência Alveolar): Canais de Martin, que comunicam ducto com ducto 
alveolar; Canais de Lambert, que comunicam ducto ao alvéolo e Poros de Kohn, que 
comunicam alvéolo com alvéolo. 
Efeito Pendelluft: interdependência dinâmica alveolar→ quando há transporte de 
gases entre os alvéolos 
 
COMPLACÊNCIA PULMONAR 
 É a avaliação de volume e da variação de pressão, ou seja, toda vez que a gente 
tem variação de pressão, tem variação de volume. Quem ganha mais volume com 
menos pressão é mais complacente. Complacência é a variação de pressão 
submetidas a variações de volume(C = ΔV/ ΔP), no sistema pulmonar a complacência 
dele é em torno de 200ml/cmH2O, isso quer dizer que toda vez que variar 1 cmH2O o 
pulmão ganha 200ml. 
 Contrapondo-se à complacência nós temos a elastância, que é a capacidade de 
retorno a posição inicial após ser esticado, então quanto maior a capacidade de 
retorno maior a elastância. 
RESISTÊNCIA DAS VIAS AÉREAS 
 É a impedância à ventilação pelo movimento gasoso através das vias aéreas. 
Para se calculara resistência utilizamosduas fórmulas: 
Equação de Poiseullie: 
 
 P: variação de pressão R: raio 
L: comprimento do tubo N: viscosidade do fluido Q: fluxo 
 
 
 
 
 
 
 
 Forças de recolhimento elástico pulmonar 
 Forças de recolhimento elástico da caixa torácica 
 Pressão intra-abdominal contra o diafragma 
o Quanto maior a quantidade de gordura em regiões de vísceras 
abdominais, maior vai ser o impedimento do movimento 
diafragmático 
FORÇAS DE ATRITO 
 Resistência viscosa do tecido 
 Resistência das vias aéreas