Resumo Biofísica da Respiraçao

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Introdução
Na evolução não houve aperfeiçoamento do armazenamento de O2
Mas de sua troca rápida com o meio
2 hemiciclos:
inspiração/expiração
Entrada de alta entalpia
Saída de alta entropia
Para definir um gás é necessário: Volume, Pressão e Temperatura
1 torr (de Torricelli) é a pressão causada por uma coluna de 1mm de altura de Hg em cond. padrões e g 
terrestre
1 torr =~ 1mmHg
1 pa = 7,5x10-3 torr
1 atm = 1,01x105pa
Lei de Boyle-Mariotte
PV = P1V1
Lei de Gay-Lussac-Charles
VT = V0T0
Lei geral dos gases
PV = nRT
PV/T = P0V0/T0
Lei de Dalton
Pressão total de uma mistura de gases é igual à soma da pressão de cada componente;
PT=P1 + P2 + P3 + ... + Pn
Par = PN2 + PO2 + PH2O(v) + PCO2 + Pg
Lei de Henry
O volume de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão do gás sobre o líquido, a um fator 
de solubilidade e ao volume do líquido
Vd = P x f x Vl
f = fator de solubilidade (dep. temperatura)
Lei de Graham
A difusão de um gás é inversamente proporcional à raíz quadrada de sua massa molecular
v = 1 / (M1/2)
Para biologia acrescenta-se alguns fatores
c = Cs.T.A.dP / [(M.L.n)1/2]
Cs = Coef. de solub.
A = área de difusão
L = distância
n = viscosidade do meio
Estrutura e função do aparelho respiratório
Apenas uma membrana de 0,4um separa os gases do sangue
Dilatação do tórax → Pressão negativa interpleural → - 260 a -1000 pa de pressão (pequena) → 2a lei da termod. = ar 
adentra pulmões
Expiração → pressão alveolar positiva (acima da atm) → ar expelido.
A ventilação em indivíduos normais é puramente passiva (vias aéreas obstruídas impedem passagem do ar)1.
Não há trabalho muscular na expiração em repouso e insconsciente. Há trabalho na respiração forçada.2.
No pneumotórax, ar adentra a cavidade interpleural, passando de pressão subatmosférica para atmosférica;
São definidas 4 volumes e 4 capacidades relacionadas à mecânica respiratória.
Volumes Capacidades
Corrente VC
Ar trocado a cada mov. resp.
0,5l repouso → 3,2l esforço
Vital CV
volume máximo capaz de ser trocado
CV = VC + VRI + VRE
de Reserva Inspiratório VRI
al que falta inspirar depois do VC
Inspiratória
Máximo que pode ser inspirado
CI = VC + VRI
de Reserva Expiratória VRE
Ar que falta expirar depois do VC
Residual funcional (CRF)
Ar que pode ser expirado ao fim da expiração
CRF = VRE + VR
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CRF = VRE + VR
Residual VR
Ar que resta após expiração máxima
Não trocado ativamente, só por 
difusão
Medido indiretamente
Total CT
Volume total que pode ser contido no pulmão, ao fim da 
inspiração máxima
soma dos 4 volumes
CT = VC + VRI + VRE + VR
Toda a mecânica pulmonar com seus valores e capacidades pode ser determinada com duas experiências
Medida de volumes espirográficos1.
Diluição de Hélio para CT (obtém VR)2.
Parâmetros e fisiopatologia
VC1.
Exigência de O2 do organismo. 
De 0,5l do repouso, o,35l entram no alvéolo e 0,15l ficam nas aéreas superiores até bronquíolos.
Exercício intenso = dim. do VRI e do VRE
VRI2.
dim. quando VC aumenta
relac. ao equilíbrio entre elasticidade pulmonar e performance muscular do tórax
VRE3.
também diminui com aumento de VC
VE relacionado a força de compressão dos mm. torácicos.
tem função na fonação
VR4.
Capacidade espacial do tórax e seu conteúdo
Todos os volumes diminuem com pneumotórax
CI5.
Volume de ar medido com mais precisão do que a VRI
mas com significado semelhante
CRF6.
Maior importância fisiológica
intervalo entre os dois hemiciclos
CRF pequena = trocas insuficientes
importante para eliminar CO2
CRF peq. = menos difusão
CV7.
limite físico do VC
Para que VC atingisse CV o esforço cansaria o músculo e não produziria freq. respiratória
CT8.
Conserva proporção com massa corporal
A complacência pulmonar é uma medida da relação entre a pressão aplicada e a deformaçao obtida.
Complacência = dV / dP = litros / cmH2O
Para medir em humanos = sonda esofagiana com balão de borracha na ponta, outra extermidade ligada a um 
manômetro
Normal = 0,2
Diminui em fibroses ou edema agudo
Aumenta em enfisema
Precisa-se facilitar a respiração (esvaziamento se torna dificultoso
A tensão superficial é uma força que une compactamente a camada monomolecular da superfície de um líquido.
No pulmão:
Barreira à difusão1.
quanto maior a tensão da camada que recobre o alvéolo, mais difícil a penetração do O2
Biomoléculas reduzem tensão de 71x10-3 N.m-3 para 4 a 15x10-3 N.m-3
O mais conhecido no pulmão é o fosfolípide dipalmitoil lecitina
Baixa no surfactante exige ação imediata e administração exógena
Compostos tiolados (contendo SH) como: N-acetilcisteína e B-mecaptoetilamina 
Condições: edema pulmonar, acidose, circulação extracorpórea, afogamento e atelectasia.
Fechamento de alvéolos2.
Sempre que a elasticidade pulmonar diminui, a tensão superficial aumenta e provoca o fechamento dos 
alvéolos
A lei de Laplace (relação tensão e pressão alveolar)
Sistema de tubos, com 3 torneiras (ABC)
2 Balões de borracha são cheios diferentemente (nos pontos BC). 
Torneira A fechada, balão menor esvazia primeiro que o maior, se esvaziando NO maior.
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Torneira A fechada, balão menor esvazia primeiro que o maior, se esvaziando NO maior.
Raio menor = tensão e pressão interna maiores.
Fenômeno ocorre nos alvéolos que se comunicam quando ocorre obstrução nas vias aéreas superiores
Colbamento dos alvéolos maiores nos menores.
Fator de agravamento do enfisema
Alvéolos menores colapsam nos maiores.
Trocas gasosas e vapos d'água
O2
150 → 95 torr após vias aéreas superiores
95 → 50 torr para os capilares, se juntam aos 40 pré-existentes e circulam (renovam-se)
90 → 40 torr após consumo pelos tecidos
retorna aos capilares para pegar mais O2
Viagem só de ida
N2
Não participa do metabolismo por esse meio
600 → 545 após VAS
devolvido para atm na mesma concentração
O2 e N2 voltam para a atm de concentrações menores por transporte passivo.
Gás Carbônico
Não há entrada no pulmão (0,3torr na atm)
40 torr no alvéolo → 48 torr nos tecidos
8 torr perdidos pelos capilares para atm
Vapor D'água
A 37C a pressão de saturação é 47 torr
Também é a pressão em toda a parte líquida da circulação de gases e nos tecidos
também é a pressão de H2O expulso mecanicamente
acontece mesmo que pressão externa seja de 47 torr ou mais
Em qualquer circunstância o ar exalado é saturado de vapor d'água a 37C
Pressão de vapor e respiração - eliminação de calor
Faz diferença respirar em ambientes com pressão de vapor d'água inadequado, especialmente para pacientes com 
afecções respiratórias e cardíacas.
Uma UR de 80% é um ambiente úmido
Uma UR < 50% é um ambiente seco
Um paciente com VC de 0,5L perde 262Kcal por dia na respiração
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Um paciente com VC de 0,5L perde 262Kcal por dia na respiração
Um atleta, que se exercita por 30 minutos, perde 64 Kcal em calor
Aspectos biofísicos do transporte de gases
Os gases existem nos líquidos de duas formas
Combinados com solutos
Dissolvidos no líquido
Oxigênio
Pela lei de Henry, a qte dissolvida de O2 será:
Vd = 95x0,029x1 = 2,755 → 2,75ml por litro a 37C
Exercem pressão de 95 torr
Possuem 1,1x10-4moles de gás
Na Hb
MHb= 160/16100 = 0,0099 → 10-2mol
70 vezes mais que no líquido se Hb 100% saturada
Ou 230mL de O2 dissolvido pela Hb
Gás Carbônico
A qte total corresponde ao NaHCO3 e H2CO3
Vd = 40x0,7=28ml/L (NTP)
H2CO3 é o doador de prótons da eq. de Henderson-Hasselbalch no tampão bicarb. do plasma
Ácido carbônico se divide com 0,85x10-3mol no plasma e 0,4x10-3 mol nas hemácias.
Assimetria se deve à presença de mais sólidos ocupando espaços na hemácia
Uma fração está sob a forma carbamino-Hb
HCO3- é o aceptor da equação HH
18x10-3 mol no plasma e 6x10-3 nas hemácias 
Assimetria por menor espaço hemático e troca iônica comíons cloreto Cl-
Efeito Bohr e Efeito Haldane
Efeitos de importância fisiológica para o transporte de hidrogênion (H+) e carbonato como CO2.
Efeito Bohr
Qdo Hb se liga ao O2 libera H+ e quando se desliga do O2 incorpora H+;
Efeito simétrico
Se posta em ambiente com excesso de prótons, diminui afinidade pelo O2
Se em pH elevado, aumenta afinidade pelo O2
Efeito Haldane
Qdo Hb se liga ao O2 sua afinidade pelo CO2 diminui
Qdo se desoxigeniza, aumenta afinidade pelo CO2
Também simétrico
Mais pressão de CO2→ menor afinidade O2
Menor pressão CO2 → maior afinidade O2
Efeitos são adjuvantes
No pulmão:
Hb se liga ao O2 e libera H+ e CO2 → formam H2CO3 e são exalados em CO2 e água.
Nos tecidos
Hb libera O2 e se combina ao H+ e CO2 → tecidos tem pH mais baixo e produção de CO2
Efeito Bohr facilita 6% do transp. de O2 (12ml/L)
E. Haldane facilita 4% do transporte de CO2 (1,2ml/L)
Referência: Biofísica Básica: Ibrahim Felipe - C16
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