Biofísica do sistema respiratório: Ventilação

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Biofísica do sistema
respiratório VENTILAÇÃO
SISTEMA RESPIRATÓRIO
→ Funções
- Ventilação pulmonar
- Troca e transporte de gases
(ocorre por processo passivo de
difusão, que depende de diferença
de concentração/pressão entre os
meios)
- Regulação da ventilação (aumento
ou diminuição da respiração
defendendo da atividade que o
corpo está realizando;
quimiorreceptores notam a
necessidade de mais ou menos
oxigênio)
→ Funções não respiratórias (mas
auxiliadas pelo sistema respiratório)
- Equilíbrio ácido-base
- Regulação da PA (angiotensina II)
- Vocalização (vibração das pregas
vocais)
- Regulação térmica
- Defesa
- Facilitação do enchimento
cardíaco e retorno venoso
COMO A FISIOLOGIA ENTENDE
O SISTEMA RESPIRATÓRIA?
- Entrada e saída de ar (não só O2
e CO2) → Bomba que induz a
convecção de fluídos para dentro e
para fora
- Da mistura de gases, parte do
oxigênio sofrerá troca por difusão
e o coração irá distribuir esse
sangue com maior pO2 (sangue
arterial)
- Sistema automático: o controle
está em neurônios do bulbo,
dentro do tronco encefálico
MECÂNICA DA VENTILAÇÃO
PULMONAR
1. Conhecimentos da física
- Ar é um fluido gasoso: fluido é algo
que ocupa o recipiente que o
contém;
- Para que ocorra fluxo
(movimento), é necessário uma
diferença de pressão entre dois
sistemas
- Diferença de pressão é gerada
pela Lei de Boyle: PV = cte
quando T= cte
- Características
anatomofisiológicas da caixa
torácica e do sistema respiratório
para gerar força, deformação e
resiliência (o material volta ao ser
formato original depois da
aplicação de pressão)
- Pressão dos gases: conjunto de
forças exercidas por uma das
infinitas partículas do fluido sobre
infinitos pontos de seu conjunto
2. Propriedades estáticas da
parede torácica e do pulmão
→ O pulmão é ligado a cavidade torácica
por pleuras e se comunicam pelas vias
aéreas superiores (meio externo) pelas
traquéias, que se dividem em brônquios,
bronquíolos e alvéolos;
→ O pulmão possui uma elevada
capacidade elástica: possui uma força
de retração elástica que faz com o pulmão
tenda a colabar; por outro lado, a
cavidade torácica possui uma força de
expansão
- Pleura liga ao tecido pulmonar:
pleura visceral
- Pleura ligada a cavidade torácica:
pleura parietal
- Espaço entre as pleuras: líquido
interpleural
→ É necessário que ocorra o
DESEQUILÍBRIO entre a retração elástica
e a expansão da cavidade torácica para
que ocorra a entrada do ar
→ A força elástica do pulmão combinada
com a força da cavidade torácica gera
uma pressão interior um pouco menor que
a pressão atmosférica
3. Contração/relaxamento de
músculo esquelético promove a
inspiração/expiração
→ Para variar pressão é necessário variar
volume
INSPIRAÇÃO: o principal músculo que irá
gerar força para expandir a cavidade
torácica em direção a abdominal é o
diafragma (desce) e os músculos
intercostais externos (expansão lateral da
cavidade torácica)
EXPIRAÇÃO: relaxamento do diafragma e
dos músculos intercostais externos e, em
algumas ocasiões, os músculos
intercostais internos se contraem para
diminuir ainda mais o volume
CICLO RESPIRATÓRIO
→ Como que a alteração de pressão
reflete na pressão do alvéolo para que o
ar entre?
PRIMEIRO QUADRANTE: volume
corrente
- Volume de ar que entra e sai do
pulmão em um fluxo respiratório
SEGUNDO QUADRANTE: fluxo de ar em
litros por segundo
- +5: entra 5L de ar no pulmão
- -5: sai 5L de ar no pulmão
TERCEIRO QUADRANTE: pressão
intrapleural
- Sempre MENOR que a pressão
atmosférica;
- Essa pressão que promove
alteração de pressão alveolar
QUARTO QUADRANTE: pressão alveolar
- É a pressão no alvéolo que
determina a entrada e saída do ar
1. Expansão da cavidade torácica →
expansão da pleura parietal →
diminui a pressão entre as pleuras
→ diminuição de pressão no
alvéolo → entrada de ar (fluxo
positivo) → aumento do volume
corrente
2. Cavidade torácica se expande
mais → a pressão entre as pleuras
diminui mais ainda → aumento da
pressão nos alvéolos
→ O ar está entrando no pulmão e a
entrada equilibra a pressão até que a
pressão ao alvéolo se equilibre em zero
3. Relaxamento do diafragma e dos
músculos intercostais → aumento
da pressão interpleural → aumento
da pressão alveolar → saída do ar
(diminuição do volume corrente)
4. Maior relaxamento do diafragma e
dos intercostais → aumento da
pressão interpleural → diminuição
da pressão do alvéolo (ainda
positiva em relação ao meio
externo e isso que permite a
continuidade da saída do ar)
- A curva de pressão interpleural e
pressão alveolar não são paralelas
porque o tecido pulmonar e o
tecido das pleuras são diferentes
PRESSÃO TRANSPULMONAR:
diferença entre a pressão alveolar e a
pressão interpleural
obs. o ventilador mecânico aumenta a
pressão externa já que o indivíduo não
consegue diminuir a alveolar
COMPLACÊNCIA
→ Para que tudo isso aconteça é
necessário que o pulmão tenha uma força
de retração elástica e que ele seja
complacente
Complacência: grau de expansão que os
pulmões experimentam para cada
unidade de aumento na pressão
transpulmonar
- Medida das propriedades elásticas
do pulmão
Se a pressão transpulmonar aumentar de
0 para +10, isso faz com que o pulmão
expanda em torno de 2L
obs. situações em que a complacência
está zuada
FIBROSE: para o pulmão se expandir
dois litros, a diferença de pressão
transpulmonar é ENORME
- Desloca a curva para a direita
- A ventilação é muito dificultada
porque a parede pulmonar não
responde bem a diferença de
pressão
ENFISEMA: para o pulmão se expandir
dois litros, a diferença de pressão
transpulmonar é BAIXA
- Desloca a curva para a esquerda
- Destruição do parênquima
pulmonar (o pulmão fica flácido)
- O pulmão expande mas não volta
(ocorre o acúmulo de ar)
CURVA DE ENCHIMENTO E
RETRAÇÃO DO PULMÃO
1. Volume pulmonar estável → a
diminuição da pressão intrapleural
não é suficiente para sobrepor a
tensão superficial
→ Tensão superficial: força que tende a
colabar os alvéolos
2. Abertura das vias aéreas →
diminuição da pressão interpleural
causa a abertura de vias aérea de
maior complacência (abriu
bronquíolos e alvéolos)
3. Expansão linear das vias aérea
abertas → todas as vias aéreas
abertas; grande expansão
4. Limite do enchimento das vias
aérea → limite da força muscular e
diminuição da complacência
HISTERESE: diferença na trajetória
pulmonar durante o enchimento e o
esvaziamento
- Acontece devido a tensão
superficial como resistência à
abertura alveolar
TENSÃO SUPERFICIAL
- Força que surge na superfície de
líquidos que têm como solvente a
água (molécula neutra e polar); é
uma força de repulsão
- Na superfície água-ar existe uma
tensão superficial muito grande
porque o ar é apolar e a água é
polar.
- Se os nossos alvéolos só
fossem banhados por água, ele
colabaria, pois a água atrairia a
água, o que fecharia o alvéolo.
Isso não acontece porque nosso
pulmão produz substâncias
surfactantes (produzidos pelas
células pneumócitos tipo II)
→ Os surfactantes possuem uma cabeça
polar e caudas apolares. Isso diminui a
tensão superficial
→ A tensão superficial também impede
que o alvéolo se expanda mais do que o
normal
→ Quanto maior a pressão, o ar tende
a sair dos alvéolos e ir para os
alvéolos maiores; isso faz com que o
preenchimento dos alvéolos não seja o
mesmo em todos os alvéolos ←
- A tensão superficial em cada
alvéolo será dada pela
capacidade do alvéolo em
produzir surfactante;
Efeitos do surfactante
- Reduz a tensão superficial e,
por isso, aumenta a
complacência - sem surfactante
a tendência de alvéolos
menores colabarem aumenta
de 2 a 3 vezes
- Redução da tensão superficial
minimiza o acúmulo de líquido
alveolar - menor camada de
líquido, mais fácil a difusão de
gases
- Ajuda a manter tamanho dos
alvéolos relativamente constante
durante o ciclo ventilatório
- Facilita a troca de gases
REGISTRO ESPIROGRÁFICO
Capacidade inspiratória: capacidade
que o sujeito tem de inspirar a partir do
repouso
- Soma do volume corrente +
volume da reserva inspiratório
Capacidade vital: máximo de ar que se
conseguetrocar com o meio
- Volume de reserva expiratório +
volume corrente + volume de
reserva inspiratório
Capacidade residual funcional: o
volume corrente renova o volume de ar
que está no pulmão
- Volume de reserva expiratória +
volume residual (volume que
permanece no pulmão mesmo
depois de uma expiração
forçada); o volume residual não é
medido no espirômetro
Capacidade pulmonar total: soma do
volume corrente, volume de reserva
expiratório, volume residual e volume de
reserva expiratório