apostila aparelho respiratório

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BIOFÍSICA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO 
A razão ou finalidade última da respiração é a produção eficiente de ATP. Dizer isso equivale a afirmar que a respiração nada mais é que um conjunto de mecanismos eficientes de transformação, armazenamento e transporte da energia necessária à atividade metabólica celular.
A respiração é um conjunto de mecanismos que, fundamentalmente, articula fenômenos mecânicos e termodinâmicos para, de forma eficiente, propiciar transformação, armazenamento, transporte e distribuição da energia necessária ao metabolismo celular. Pelo monitoramento mecânico do volume da caixa torácica, são produzidas alterações na grandeza termodinâmica pressão, a qual, por sua vez, transforma-se no agente mecânico – a força – causador dos movimentos do ar nas etapas da ventilação (inspiração e expiração), propiciando a chegada do O2 nas vizinhanças do sangue venoso e a retirada, desta mesma porção de sangue, do CO2. Valendo-se da diferença das pressões parciais que estes gases apresentam no sangue e no ar dos alvéolos, a difusão é o fenômeno que se encarrega de, finalmente, efetuar essa troca gasosa.
Para que haja movimento de uma massa fluida, é necessário que exista uma diferença de pressão entre dois pontos da mesma, isto é, um gradiente de pressão. Os fluxos de ar, nas etapas de ventilação na respiração, são produzidos por alterações da pressão no interior do pulmão; na inspiração, a pressão aí é menor que a pressão atmosférica e, na expiração, ela torna-se maior. As alterações da pressão no interior do pulmão são a etapa final de uma sequência de processos mecânicos e termodinâmicos envolvendo músculos, caixa torácica, cavidade pleural e pulmão:
(1) os músculos, atuando diretamente sobre a caixa torácica, alteram o volume desta, 
(2) a caixa torácica, ligada à cavidade pleural, provoca alteração do volume desta cavidade, 
(3) como consequência, a pressão da cavidade provoca a alteração do volume do pulmão, que finalmente tem como consequência a alteração da pressão em seu interior. 
A camada líquida de moléculas surfactantes que reveste os alvéolos tem por função facilitar a passagem do O2 para o sangue nos capilares e monitorar a pressão alveolar pelo controle da tensão superficial. A difusão das moléculas de O 2 e CO2, nos seus trânsitos entre os pulmões e o sangue, é o fenômeno básico da troca gasosa; ela se estabelece pelos gradientes das pressões parciais destes gases vigentes entre alvéolos e o sangue.
https://www.youtube.com/watch?v=FTrV-iqLEDU
2.2. BIOFÍSICA DA RESPIRAÇÃO E DA FUNÇÃO RENAL
 Quando inspiramos, movemos os músculos, torácicos e abdominais, de tal forma que expandimos a caixa torácica, aumentando a sua área. Esta ampliação da área produz uma redução da pressão pleural (pressão no interior do espaço pleural), como podemos ver na 5. Biofísica dos Sistemas Biológicos 342 equação abaixo, pois sendo a área inversamente proporcional à pressão, seu aumento implicará na queda da pressão. Pela definição da grandeza pressão: # ã = #ç& Á# & Com a redução da pressão pleural, que é menor do que a pressão atmosférica e por isto é dita negativa, os pulmões tendem a se expandir, desta forma reduzindo a pressão no interior do alvéolo, a pressão alveolar também fica negativa. Sabendo que não há interrupção no trajeto do ar atmosférico até o íntimo alveolar, veremos que o ar entra nos pulmões, desloca-se da maior pressão, que neste instante é no ambiente, para a menor pressão, que neste instante é no alvéolo pulmonar. À medida que o ar entra, os pulmões se expandem acolhendo o ar. A expansão pulmonar é possível devido a sua histologia, tecido rico em fibras elásticas. Tal condição confere aos pulmões boa complacência. À medida que o ar entra, ao se expandir, os pulmões acumulam energia potencial elástica em sua estrutura. Uma vez o ar no interior dos alvéolos, o O2 se difunde de onde é mais concentrado, os alvéolos, para onde sua concentração é menor, o sangue venoso nos capilares em torno dos alvéolos. Neste momento, o CO2, também por difusão, passa em sentido contrário, do sangue nos capilares alveolares para os alvéolos pulmonares. Desta forma, o sangue venoso que passa nos capilares alveolares perde CO2 e recebe O2, assim transformando-se em sangue arterial. Agora, com as trocas gasosas completas, é preciso expulsar o ar dos pulmões durante um processo denominado expiração. A musculatura torácica e abdominal agora comanda a redução da caixa torácica, promovendo aumento da pressão pleural que apesar de não ficar positiva, continua sempre negativa, é capaz, quando somada à energia potencial elástica acumulada na inspiração, de produzir uma pressão alveolar positiva. A pressão alveolar positiva leva o ar já trocado a sair dos pulmões, pois neste instante a pressão alveolar supera, por isto é dita positiva, a pressão atmosférica. Assim o ar, também na inspiração movimenta-se da maior para a menor pressão. Este processo inspiração/expiração é conhecido como ciclo respiratório.
Composição da atmosfera: 
21% Oxigênio 
79% Nitrogênio, Argônio e outros gases
Quanto maior é a altitude menor é a pressão atmosférica, já que a massa de gases é menor e Pressão = (massa x gravidade)/Área. Quanto menor a massa de gases mais rarefeito é o ar. Segundo Dalton enuncia em sua Lei, a pressão total de uma mistura gasosa corresponde a soma das pressões parciais (individuais) de cada gás, ou seja, a pressão atmosférica é um somatório das pressões do nitrogênio, oxigênio, argônio e os demais fases que compõem o ar atmosférico. Um dos componentes do ar é de suma importância para a manutenção da vida animal na terra, trata-se do oxigênio. No corpo humano o sistema respiratório e o cardiovascular trabalham em conjunto para suprir a necessidade de oxigênio do organismo para realizar suas reações metabólicas; como consequência dessas reações com o oxigênio o organismo produz gás carbônico e é de responsabilidade também desses dois sistemas eliminar o gás carbônico do organismo. A falha do transporte desses dois gases pode ocasionar um desequilíbrio do pH do organismo, pois concentrações muito elevadas de oxigênio podem levar a alcalose sanguínea e concentrações muito elevadas de gás carbônico levam a maior acidez do pH, o desequilíbrio do pH pode levar a desnaturação de proteínas e a não ocorrência das reações metabólicas, que são essenciais para manutenção do organismo.
 Ar ↔ (Respiração externa) Sangue ↔ (Respiração interna) Tecidos 
Funções do Sistema Respiratório: Equilíbrio Térmico; Manutenção homeostática do pH; Metabolismo de hormônios; Fonação; Purificar, umidificar e aquecer o ar.
Mecânica do Sistema Respiratório: 
Para compreender o funcionamento mecânico do processo respiratório é necessário saber os componentes participantes e suas atuações. A traqueia serve para passagem de ar, os brônquios e os demais componentes da árvore branquial servem para passagem de ar e retenção de impurezas que não tenham sido eliminadas durante a passagem do ar no trato superior; nos alvéolos estão conectados vasos sanguíneos e é por onde será realizadas as trocas de oxigênio por gás carbônico; a pleura além de proteger os pulmões do atrito, que a sua expansão e contração ocasionaria, tem uma função essencial na manutenção da expansividade do pulmão em repouso, que será tratada mais a frente.
Analisando o sistema respiratório no instante de repouso, que ocorre entre um ciclo respiratório e outro, temos a seguinte situação
Analisando o sistema respiratório no instante de repouso, que ocorre entre um ciclo respiratório e outro, temos a seguinte situação: 
A pressão alveolar encontra-se equilibrada com a pressão atmosférica, logo, enquanto este estado de equilíbrio permanecer não haverá diferença no volume de entrada ou saída de ar dos pulmões. Mas é possível notar que no espaço pleural existe uma diferença de pressão quando comparada aos demais espaços, a pressão nesse espaço é menor, sendo chamada de pressão negativa, e isso é de grande importância para manutenção do pulmão expandido, já quea diferença de pressão cria uma força que “empurra” as paredes elásticas do pulmão contra a caixa torácica, que limita essa expansão. Quando ocorre a Inspiração o músculo diafragma se contrai fazendo o volume torácico aumentar; a expansão cria uma pressão alveolar negativa e uma pressão pleural ainda mais negativa (pois o espaço pleural é como se fosse uma bolsa fechada e a expansão da caixa torácica leva a expansão dessa bolsa, entretanto, o volume de líquido se mantém o mesmo e a bolsa fica com um espaço excedente vazio, o qual cria um vácuo no sistema), fazendo com a pressão se torne menor), deste modo, fazendo com que o ar entre nos pulmões para que a pressão alveolar se iguale a pressão atmosférica. Este fenômeno de troca gasosa é descrito por duas Leis, a Lei de Boyle-Mariotte que diz que “o volume de gás é inversamente proporcional à pressão de gás”, (P1V1=P2V2), e a Lei de Henry que diz que os gases se movimentam da área de maior pressão para área de menor pressão. Na expiração o diafragma relaxa, fazendo diminuir o volume da caixa torácica e, assim, a pressão pleural se torne menos negativa (pois a bolsa volta ao seu volume normal) e a pressão alveolar se torne positiva, o que faz com que o gás que está preenchendo o pulmão saia para que a pressão alveolar se iguale à pressão atmosférica e seja concluído mais um ciclo respiratório. É importante lembrar que a Inspiração é um processo que gasta energia, já que é necessária a contração muscular, entretanto a Expiração é um processo passivo,sem gasto energético, na maior parte das vezes; a Expiração só será um processo com gasto energético quando for forçada a saída de ar, pois será necessária a contração muscular.
Obs: A troca de oxigênio por gás carbônico ocorre entre o alvéolo pulmonar e os capilares sanguíneos, por difusão simples, no intervalo entre a Inspiração e Expiração.
 Na superfície interna do Alvéolo existe uma fina camada de uma solução salina, assim como a que existe no espaço interpleural. Como os vasos da árvore brônquica são preenchidos por ar esta película líquida entra em contato direto com o ar e, assim, produz uma espécie de força denominada tensão superficial, que é uma força de tensão elástica que surge da interação da superfície de um líquido com um gás. Esta força dificulta a passagem de ar pelos alvéolos, que dificulta as trocas gasosas, pois impede a passagem do ar. Para solucionar o problema da tensão superficial existem células denominadas pneumócitos II que secretam uma substância tensorredutora, ou seja, esta substância reduz a tensão superficial para que o ar possa passar com menor resistência. Esta substância tensorredutora é o surfactante, detergente, que irá interagir com as moléculas de água da interface líquido-gás e diminuir as forças de coesão da superfície, já que a interação entre o surfactante e a água é mais fraca do que a interação água-água.Vale ressaltar que o surfactante alveolar além de função tensorredutora também possui função bactericida.
1.A pressão pleural que mantém os pulmões distendidos, existente no espaço pleural, é ........................e durante a inspiração seu valor ...............................................................................................................
a) negativa – fica mais negativo devido à expansão da caixa torácica
b) negativa – fica positivo devido à expansão da caixa torácica
c) positiva – fica negativo devido à expansão da caixa torácica
d) positiva – não sofre alteração com a expansão da caixa torácica
e) positiva – fica negativo devido ao relaxamento da caixa torácica
2.A difusão de gases através da membrana respiratória pode ser alterada pelo(a):
a) espessura da membrana.
b) coeficiente de difusão do gás na membrana.
c) diferença de pressões entre os dois lados da membrana.
d) área para a troca gasosa.
e) todas as alternativas estão corretas.
3. Leia as seguintes afirmativas.
I- A tendência elástica do pulmão é de retração, ou seja, trazê-lo para seu volume mínimo.
II- Um único componente é responsável pela elasticidade do pulmão: as fibras elásticas e colágenas do
parênquima pulmonar.
III- A tensão superficial ocorre no interior dos alvéolos em virtude da interface ar-líquido que existe
devido à presença do líquido alveolar.
IV- Complacência pulmonar é o grau de retração que os pulmões experimentam para cada aumento
de pressão transpulmonar.
Estão corretas:
a) I, II e III
b) I, II e IV
c) I, III e IV
d) I e III
e) III e IV
4.Indique verdadeiro (V) ou falso (F) e justifique, caso a afirmativa seja falsa.
( ) Pressão parcial de um gás é a pressão que as moléculas de cada gás exercem em uma mistura gasosa.
( ) A pressão barométrica diminui, à medida que se atingem altitudes mais elevadas, e, consequentemente, a pressão parcial de oxigênio aumenta.
( ) A lei de Dalton afirma que a pressão total de uma mistura gasosa como a atmosfera é o resultado da soma das pressões parciais dos gases que a compõem.
V
(F) A pressão barométrica diminui à medida que se atingem altitudes mais elevadas e
consequentemente a pressão parcial de oxigênio também diminui, ou seja, o ar fica mais
rarefeito.
V
5. O processo físico que rege as trocas gasosas entre o alvéolo e o capilar sanguíneo é:
a) transporte ativo.
b) transporte passivo.
c) difusão simples.
d) osmose.
e) difusão facilitada.
6. Quando um indivíduo vai para as grandes altitudes, fisiologicamente sofre uma série de adaptações para sobreviver a esta condição. Cite três adaptações que ocorrem no sistema respiratório em resposta a essa condição e explique.
Como a PO2 alveolar está diminuída nas grandes altitudes, a PO2 arterial também estará diminuída, o que estimulará os quimiorreceptores a aumentarem a frequência respiratória. O aumento da frequência respiratória eleva o pH sanguíneo provocando alcalose respiratória. Finalmente também ocorre aumento da resistência vascular pulmonar, pois a hipóxia estimula a vasoconstrição pulmonar.
BIOFÍSICA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO
1.A pressão pleural que mantém os pulmões distendidos, existente no espaço pleural, é ........................e durante a inspiração seu valor ...............................................................................................................
a) negativa – fica mais negativo devido à expansão da caixa torácica
b) negativa – fica positivo devido à expansão da caixa torácica
c) positiva – fica negativo devido à expansão da caixa torácica
d) positiva – não sofre alteração com a expansão da caixa torácica
e) positiva – fica negativo devido ao relaxamento da caixa torácica
2.A difusão de gases através da membrana respiratória pode ser alterada pelo(a):
a) espessura da membrana.
b) coeficiente de difusão do gás na membrana.
c) diferença de pressões entre os dois lados da membrana.
d) área para a troca gasosa.
e) todas as alternativas estão corretas.
3. Leia as seguintes afirmativas.
I- A tendência elástica do pulmão é de retração, ou seja, trazê-lo para seu volume mínimo.
II- Um único componente é responsável pela elasticidade do pulmão: as fibras elásticas e colágenas do
parênquima pulmonar.
III- A tensão superficial ocorre no interior dos alvéolos em virtude da interface ar-líquido que existe
devido à presença do líquido alveolar.
IV- Complacência pulmonar é o grau de retração que os pulmões experimentam para cada aumento
de pressão transpulmonar.
Estão corretas:
a) I, II e III
b) I, II e IV
c) I, III e IV
d) I e III
e) III e IV
4.Indique verdadeiro (V) ou falso (F) e justifique, caso a afirmativa seja falsa.
( ) Pressão parcial de um gás é a pressão que as moléculas de cada gás exercem em uma mistura gasosa.
( ) A pressão barométrica diminui, à medida que se atingem altitudes mais elevadas, e, consequentemente, a pressão parcial de oxigênio aumenta.
( ) A lei de Dalton afirma que a pressão total de uma mistura gasosa como a atmosfera é o resultado da soma das pressões parciais dos gases que a compõem.
V
(F) A pressão barométrica diminui à medida que se atingem altitudes mais elevadas e
consequentemente a pressãoparcial de oxigênio também diminui, ou seja, o ar fica mais
rarefeito.
V
5. O processo físico que rege as trocas gasosas entre o alvéolo e o capilar sanguíneo é:
a) transporte ativo.
b) transporte passivo.
c) difusão simples.
d) osmose.
e) difusão facilitada.
6. Quando um indivíduo vai para as grandes altitudes, fisiologicamente sofre uma série de adaptações para sobreviver a esta condição. Cite três adaptações que ocorrem no sistema respiratório em resposta a essa condição e explique.
Mecânica da Respiração
Os pulmões, como já foi discutido, acompanham a expansão torácica e sua diminuição, formando assim, diferentes sistemas. Esses sistemas obedecem algumas leis para que a mecânica da respiração seja possível.
LEI DE BOYLE
A Lei de Boyle-Mariotte (enunciada por Robert Boyle e Edme Mariotte) diz que: “Sob temperatura constante (condições isotermas), o produto da pressão e do volume de uma massa gasosa é constante, sendo, portanto, inversamente proporcionais. Qualquer aumento de pressão produz uma diminuição de volume e qualquer aumento de volume produz uma diminuição de pressão”.
Isso significa que, com o aumento do volume pulmonar, diminui a pressão alveolar em relação à pessão atmosférica, promovendo a entrada de ar para os pulmões. Com a diminuição do volume pulmonar, aumenta-se a pressão alveolar em relação à pressão atmosférica, promovendo a saída de ar dos pulmões.
LEI DE HOOKE
Afirma que os corpos perfeitamente elásticos exibem uma relação linear entre a força aplicada e a deformação obtida até ser alcançado o módulo de elasticidade.
Tanto os pulmões como a caixa torácica são elásticas e armazenam energia quando se destendem. Grande parte do chamado comportamento elástico pulmonar se deve a tensão superficial da interface líquido/gás e características do parênquima pulmonar.
1. Tensão superficial: a tendência da lâmina líquida que recobre os alvéolos internamente é de contrair devido a tensão superficial de alguns líquidos (efeito que ocorre na camada superficial de um líquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica, em que as moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas e, por isso, a resultante das forças que atuam sobre cada molécula é praticamente nula). Com a entrada de ar nos alvéolos, essa tensão superficial existente força a saída do mesmo devido a essa tendência natural de colabamento dos alvéolos. Os alvéolos não colabam graças à existência de surfactante pulmonar, agente tensoativo na água produzido pelos pneumócitos tipo II dos alvéolos, que reduz acentuadamente a tensão superficial da água que encobre os alvéolos. O surfactante é uma mistura complexa de vários fosfolipídios (dipalmitoil fosfatidilcolina), proteínas (apoproteínas surfactantes) e íons (calcio), que não se dissolvem uniformemente em água, espalhando-se sobre a superfície da mesma, uma vez que alguns de seus componentes apresentam áreas hidrofílicas (que reagirão com a água) e outras áreas hirdofóbicas (não se dissolve, orientando e organizando de outra forma as partículas de água).
2. Parenquima pulmonar: presença de fibras de elastina e colágeno entrelaçadas.
LEI DE LAPLACE E FENÔMENO DA INTERDEPENDÊNCIA
Laplace afirmava que, em um sistema fechado de bolhas comunicantes (como os alveolos), as bolhas menores tendem a esvaziar-se nas maiores. Isso é importante pois, quanto menor o tamanho dos alvéolos, maior a sua tensão superficial, a mais facilmente eles se colabam.
O fenômeno da interdependência, mais um fator que estabiliza os alvéolos pulmonares evitando que eles colapsem, afirma que os alvéolos mais distendidos tracionam os alvéolos colapsados, abrindo-os outra vez.
Complacência pulmonar: na fisiologia, complacência é uma medida da tendência de um órgão oco a resistir ao recuo às suas dimensões originais com a remoção de uma força compressiva ou distensiva. Em outras palavras, complacência pulmonar é a capacidade de extensão/distensão desse órgão quando ele é expandido por um aumento na pressão transpulmonar. A complacência dos pulmões em um adulto normal é de 200ml de ar/cmH2O, isto é, a cada 1cmH2O, o volume do pulmonar, após cerca de 10 a 20 segundos, expande em 200ml. A complacência dos pulmões é uma medida importante na fisiologia respiratória. A fibrose pulmonar é uma condição clínica que está associada com uma diminuição da complacência pulmonar, enquanto enfisema/DPOC estão associados com um aumento da complacência. O surfactante pulmonar aumenta a complacência. A complacência é maxima em volumes pulmonares moderados, e muito baixa em volumes que são muito baixos ou muito altos.
Movimentos Respiratórios
Basicamente, a inspiração consiste na entrada do ar (com alta concentração de O2 e baixa de CO2) para os pulmões. Já a expiração consiste na saída do ar (alta concentração de CO2 e baixa de O2) dos pulmões.
Inspiração
Normal: Contrai o diafragma; Músculos intercostais externos aumentam o volume do tórax e do pulmão e pressão intrapulmonar reduz em cerca de 3 mmHg.
Forçada: Inspiração auxiliada pela contração dos musculos acessórios (escalneos e ECM), reduzindo a pressão pulmonar em 20mmHg ou menos.
Expiração
Normal: Relaxa o diafragma, relaxam musculos intercostais internos e a elasticidade dos pulmões reduz o volume do tórax e do pulmão. Pressão intrapulmonar aumenta em cerca de 3mmHg.
Forçada:  Expiração auxiliada pela contração dos musculos abdominais e intercostais intenos, que aumentam a pressão intrapulmonar em 30mmHg ou mais.
Volumes e Capacidades Pulmonares
Os volumes e as capacidades pulmonares são medidos por meio daespirometria. A espirometria (do latim espiro = respirar; metrum = medida) consiste em medir a entrada e a saída de ar nos pulmões, ou seja, afere as capacidades e volumes pulmonares. O espirometro é um equipamento composto por uma escala indicadora de volume, uma campânula flutuante, um tranque com água e um bocal.
Na espirometria, podem ser medidos quatro volumes (volumes corrente, de reserva inspiratório, de reserva expiratório, residual) e quatro capacidades (capacidades inspiratória, funcional, vital e capacidade pulmonar total).