Biofísica- biofísica do sistema respiratório

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Biofísica
Biofísica do Sistema Respiratório
· Função do sistema respiratório:
· Trocas gasosas: captar O2 e liberar CO2
· Regulação do PH sanguíneo
· Proteção contra substancias irritantes e patógenos inalados
· Transferência de calor para fora e para dentro do corpo- evaporação 
· Vocalização 
· Respiração:
· Externa: troca de o2 e co2 entre o ambiente externo e o organismo
· Ventilação 
· Perfusão 
· Celular: processo de obtenção de energia
· 1) ventilação ou trocas gasosas entre a atmosfera e os alvéolos 
· 2) troca de o2 e co2 entre os alvéolos e o sangue 
· 3) transporte de O2 e CO2 pelo sangue entre pulmões e os tecidos 
· 4) troca de O2 e CO2 entre os capilares sistêmicos e as células dos tecidos 
· 5) respiração celular.
· Anatomia do sistema respiratório:
· Gradiente de pressão para que o processo difusional aconteça 
· Vibrícias: barreira física- pelos que ficam na entrada do nariz- impedem que impurezas adentrem para o sistema respiratório
· O ar é aquecido atingindo a traqueia com uma temperatura elevada, havendo o aumento do movimento das moléculas, o que ajuda no processo difusional.
· Componentes:
· Vias aéreas: boca, cavidades nasais e faringe- conectadas com a traqueia por meio da laringe
· Traqueia: se bifurca nos brônquios>bronquíolos>alvéolos 
· Pulmões- envolvidos pela pleura visceral
· Parede torácica – estrutura elástica que em combinação com os movimentos do diafragma promove variações de volume da cavidade torácica (pele, tecido, arcos costais, esterno, clavícula, coluna dorsal, ligamentos, músculos, pleura parietal, vasos e nervos).
· Músculos da inspiração- diafragma, intercostais externos e acessórios;
· Músculos da expiração- abdominais e intercostais internos.
· 200 bilhoes de alvéolos: variações de tamanhos 
· Ciclo respiratório: inspiração e expiração completas
· Difusão: passiva- sem gasto energético associado ao processo de hematose- pressões mais altas para mais baixas.
· Inspiração: movimentação de ar do meio exterior para o organismo
· Expiração: movimentação do ar do organismo para o meio externo
· Expiração: aumento da pressão interna- contração do pulmão- o ar sai- pressão interna maior que a pressão interna.
· Asma: redução da capacidade respiratória de eliminação do CO2 do organismo. Aumento da resistência respiratória.
· Hematose pulmonar: alvéolo- capilar sanguíneo 
· Processos patológicos que alterem o gradiente de concentração ou comprometimento da troca entre os tecidos 
· Capacidade e volumes respiratórios:
· Volume total médio: 5-6 litros de ar
· Volume corrente: 500ml- é renovado em cada respiração em repouso
· Espaço morto: 150ml- ar das vias aéreas: ar perdido no ciclo respiratório
· 350ml de troca (volume corrente- espaço morto)
· Capacidade vital: se no final de uma inspiração forçada executamos uma expiração forçada, conseguiremos retirar dos pulmões uma quantidade de 4 litros de ar.
· Volume residual: 1l de ar que resta nas vias aéreas mesmo no final de uma expiração forçada
· Espirometria: monitoramento do processo respiratório, que pode detectar alguma disfunção. Identificação dos volumes e capacidades
· Capacidades: 
· Pulmonar total 
· Vital
· Inspiratória 
· Residual funcional 
· O volume de ar renovado por minuto é obtido pelo produto da frequência respirtoria pelo volume corrente
· 7adulto em repouso: FR= 12 mov por minuto VC 0,5 litros
· Volume minuto respiratório: 12x0,5= 6 litros/ minuto
· Os atletas costumam utilizar o chamado “segundo fôlego”. No final de cada expiração, contraem os músculos intercostais internos, que abaixam as costelas e eliminam mais ar dos pulmões, aumentando a renovação.
· Ventilação- perfusão (V/Q):
· É a razão existente entre a quantidade de ventilação e quantidade de sangue que chega a esse pulmão(valores normais 0,8 a <1)
· Mede a funcionalidade do sistema respiratório 
· Equilíbrio é essencial para as trocas gasosas 
· Índice V/Q
· Pulmão normal- relação deve estrar abaixo de 1
· Pulmão não é todo ventilado a cada respiração
· Distribuição da ventilação: a ventilação é maior na base pulmonar e vai descendo em direção ao ápice.
· Diminuição da perfusão: hipoxemia, choque (V/Q alto)
· Diminuição da ventilação: hipoxemia refrataria, shunt, edema, pneumonia, covid-19 (V/Q baixo)
· Pressões pulmonares: 
· Os pulmões são revestidos externamente pela pleura visceral e na parte interna pela pleura parietal. Existe entre elas o espaço intrapleural, no qual um fluido, o liquido pleural, exerce força adesivas.
· Os pulmões estão em contato com a caixa torácica através desse liquido 
· São essas forças que permitem que os pulmões acompanhem o movimento da caixa torácica e assim mudem seu volume para controlar a pressão e, portanto, a entrada e saída de ar.
· Pulmão: capacidade elástica 
· Força negativa exercida pela pleura
· Pressão alveolar: para que o ar entre e saia do alvéolo 
· Pressão transpulmonar 
· Pressão pleural: os pulmões permanecem expandidos por conta dessa pressão, que durante as pausas compreendidas entre a expiração e a inspiração é de -2cmH2O a -5cmH2O
· Pressão intratorácica: pressão entre os pulmões e a caixa torácica amenta e diminui nos ciclos respiratórios, mas sempre permanece negativa.
· As forças do espaço pleural equilibram as forças elásticas intrapulmonares que tendem a promover colapso do órgão.
· Durante as pausas respiratórias, a pressão intra-alveolar é igual à pressão atmosférica.
· Fatores responsáveis pela manutenção da pressão negativa do liquido intrapleural:
· crescimento diferencial do tórax e do pulmão 
· Bombeamento continuo do liquido intrapleural para os vasos linfáticos 
· OBS: o rompimento do equilíbrio de forças entre o pulmão e a parede torácica recebe o nome de pneumotórax 
· Fluxos respiratórios:
· Os fluido se movem espontaneamente da região de maior pressão para a região de menor pressão.
· Tipos de escoamento:
· Laminar
· Turbulento 
· Misto/ transição 
· Durante a respiração tranquila, o ar nas vias aéreas longas e estreitas se movimenta laminarmente
· Nos estados em que há dispneia, o escoamento tende a ser turbulento, gerando vibrações sonoras que podem ser percebidas na ausculta do paciente.
· Lei de pouseille: so se aplica aos fluxos laminares 
· O padrão laminar só ocorre em fluxos de baixa velocidade
· Alta velocidade gera fluxo turbulento, que necessita de pressões mais elevadas para se tornar eficaz
· Propriedades elásticas do pulmão:
· Elasticidade pulmonar: propriedade de um determinado material retornar ao seu estado morfológico de repouso após ter sofrido deformação causada por uma força externa.
· Complacência pulmonar: é o conjunto de forças que se opõem à distensão na fase inspiratória. Diminui conforme o volume aumenta.
· Patologias:
· Complacência diminuída: congestão de vasos pulmonares, fibrose pulmonar, edema pulmonar, hipertensão pulmonar venosa
· Complacência aumentada: enfisema pulmonar, envelhecimento pulmonar, exarcebaçao de asma
· Tensão superficial:
· Sempre que existir a interface entre um líquido e um gás existirá uma tendência das moléculas superficiais se manterem mais coesas uma vez que, não há moléculas na fase gasosa para atraí-las;
· Força de atração é a tensão superficial;
· A tensão induz as moléculas a manterem a menor área possível com a região gasosa.
· Lei de La Place: P= 2x T/r
· Quanto menor o alvéolo -> maior o papel do surfactante (mais concentrado) -> reduz bastante a tensão superficial -> reduz bastante a pressão.
· Quanto maior o alvéolo -> menor o papel do surfactante (menos concentrado) -> reduz menos a tensão superficial -> reduz menos a pressão.
· Isso faz que alvéolos maiores e menores tenham aproximadamente a mesma pressão e trabalhem então cooperativamente.
· Espirometria:
· Avaliação funcional respiratória 
· Objetivos:
· a) detectar precocemente as disfunções pulmonares obstrutivas; 
· b) detectar ou confirmar as disfunções pulmonares restritivas;
· c) diferenciar uma doença obstrutiva funcional de uma obstrutiva orgânica; 
· d) avaliar a evolução clínica de uma pneumopatia;
· f) avaliar o risco cirúrgico;· g) direcionar condutas em pacientes cardiopatas; 
· h) subsidiar a avaliação da saúde do trabalhador, especialmente no controle de riscos industriais. 
· Disturbios obstrutivos: enfisema pulmonar, tuberculose, pneumonia e asma
· Distúrbios restritivos: insuficiência respiratória aguda, doenças pleurais, síndrome do desconforto respiratório agudo.