Elasticidade e complacência

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Elasticidade e complacência 
 
Complacência pulmonar 
É a capacidade de expansão dos pulmões 
para cada unidade de aumento da pressão 
transpulmonar 
Na faixa normal (pressão de expansão entre 
5-10 cm/H20) o pulmão é notadamente 
distensível ou muito complacente 
A complacência pulmonar total de ambos os 
pulmões num indivíduo normal adulto é, em 
média 200ml/cm. Ou seja, cada vez que a 
pressão transpulmonar aumenta 1cm H20, o 
volume pulmonar, após 10 a 20 segundos, se 
expandirá 200ml 
Quando o pulmão trabalha em níveis de 
pressão de expansão elevadas (supra 
fisiológicas), torna-se mais rígido e sua 
complacência menor, fato evidenciado pela 
inclinação mais horizontal da curva 
 
É construída aferindo-se o volume pulmonar 
obtido após o aumento/ redução progressivo 
da pressão dentro dos pulmões 
As curvas que o pulmão determina durante a 
insuflação e desinsuflação são diferentes, a 
esse fenômeno chamamos histerese 
O volume pulmonar em qualquer pressão 
durante a desinsuflação é maior que durante 
a insuflação 
Variações iguais de pressão levam a 
variações de volume diferentes 
 
 
 
Soma das curvas de complacência 
inspiratória e expiratória 
As características do diagrama são 
determinadas pelas forças elásticas do 
pulmão: 
→ Forças elásticas do tecido pulmonar 
→ Forças elásticas causadas pela tensão 
superficial do fluido que recobre as 
paredes internas dos alvéolos 
 
 
O comportamento elástico do pulmão está 
mais relacionado a organização geométrica 
das fibras de elastina do que com o simples 
alongamento destas 
As forças elásticas do tecido pulmonar são 
determinadas pela trama de elastina e 
colágeno existente no parênquima pulmonar 
(meia de nylon) 
Em repouso estas fibras estão elasticamente 
contraídas e enroladas, quando o pulmão se 
expande ocorre a distensão delas 
aumentando a força de recolhimento 
 
 
Comparação entre os diagramas de 
complacência normal e de um modelo com o 
pulmão preenchido por solução salina 
A pressão necessária para expandir o 
pulmão é significativamente menor no 
modelo sem ar na via aérea 
 
 
Princípio da Tensão Superficial: quando a 
água forma uma superfície com o ar, suas 
moléculas apresentam uma força de atração 
especialmente forte, resultando numa 
tendência contínua a contração 
Nas superfícies internas das paredes 
alveolares, as moléculas de água tendem a 
se unir, forçando o colapso das estruturas e 
a saída do ar 
Essa força é denominada Força Elástica da 
Tensão Superficial 
 
Tensão superficial 
Constitui-se na força que atua numa linha 
imaginária de 1cm de comprimento na 
superfície de um líquido 
Ocorre porque as forças de atração que 
unem as moléculas adjacentes dentro de um 
líquido são muito mais fortes que as que 
ocorrem entre líquidos e gases, fazendo com 
que a área de superfície líquida se torne a 
menor possível 
Quanto menor o diâmetro, mais unidas as 
moléculas e maior a força de tensão 
superficial 
O comportamento da tensão superficial de 
uma lâmina de líquido numa conformação 
esférica (bolha de sabão) será o de contrair 
ao máximo sua superfície 
A pressão gerada pode ser prevista pela lei 
de Laplace: 
Pressão = 2 X tensão superficial raio 
 
 
Tensão superficial e surfactante 
Se ocorre o bloqueio da passagem de ar até 
os alvéolos, a tensão superficial tende a 
colapsá-los. Cria-se uma pressão positiva 
que desloca o ar para fora 
Essa força pode ser medida pela fórmula: 
Pressão = 2 X Superfície de Tensão/ Raio do 
alvéolo 
Para um alvéolo com cerca de 
100micrômetros e recoberto com surfactante 
normal a pressão média calculada fica em 
torno de 4cm H2O (3mm Hg) 
Se o alvéolo estiver preenchido com água, 
sem surfactante a pressão calculada 
aumenta para 18cm H2O, ou seja 4,5 X maior 
 
 
Surfactante 
É um agente ativo que reduz a tensão 
superficial da água 
É secretado pelas células epiteliais 
alveolares tipo II, que representam 10% da 
superfície interna dos alvéolos 
São células granulares contendo inclusões 
lipídicas que secretam uma mistura 
complexa de fosfolipídios, proteínas e íons 
Essa mistura não se dissolve uniformemente 
na superfície líquida da membrana alveolar, 
parte das moléculas é dissolvida enquanto o 
restante de espalha sobre a superfície 
reduzindo pela metade a tensão superficial 
 
 
Normal x influenza 
 
 
Tomando novamente a fórmula de cálculo da 
tensão superficial alveolar: 
Pressão = 2 x Superfície de Tensão/Raio do 
Alvéolo 
Observa-se que a pressão gerada é 
inversamente proporcional ao raio do 
alvéolo, ou seja, quanto menor o alvéolo, 
maior será a pressão gerada pela tensão 
superficial 
Assim um alvéolo de 50 micrometros teria 
uma força de tensão alveolar 2 x maior e 
assim sucessivamente 
Essa situação é especialmente importante 
em crianças prematuras, que tem alvéolos 
menores que 25 micrômetros. A condição é 
ainda agravada pelo fato de a produção 
normal de surfactante pelos pulmões iniciar 
entre o sexto e sétimo mês de gestação (e em 
alguns casos, ainda mais tarde) 
Essa condição leva ao colapso do pulmão de 
recém-nascidos, causando insuficiência 
respiratória, chamada Síndrome da Angústia 
Respiratória do Recém-nascido (alvéolos 
muito pequenos) 
 
 
Complacência do sistema pulmonar 
Tórax + pulmões 
A caixa Torácica tem suas próprias 
características elásticas, mesmo se os 
pulmões não estiverem presentes na 
cavidade torácica, seria necessária força 
muscular para expandir a caixa torácica 
Complacência do Tórax + Pulmões juntos: a 
complacência do Sistema Pulmonar é 
medida quando se expande os pulmões de 
uma pessoa totalmente relaxada/paralisada 
Ar é insuflado para dentro dos pulmões em 
pequenas quantidades, sendo aferidos os 
volumes e pressões resultantes 
Para inflar o Sistema Pulmonar é necessário 
o dobro de pressão do que para inflar o 
pulmão isolado. Sendo assim a complacência 
do Pulmão + Parede Torácica combinadas 
equivale à metade do pulmão sozinho 
→ Complacência do Sistema Pulmonar 
(pulmão + caixa) 110 ml/cm H2O) 
→ Complacência do Pulmão isolado 200 
ml/cm H2O 
Quando os pulmões são expandidos a 
volumes muito altos ou comprimidos a 
volumes muito baixos, as limitações da 
parede torácica se tornam extremas. Quando 
próximas aos limites superior e inferior de 
volume a complacência do sistema 
respiratório pode cair até menos de 20% da 
complacência isolada dos pulmões 
 
O pulmão tem muita água no interstício? 
Uma vez que o excesso de líquido nos 
pulmões dificulta a respiração e diminui a 
entrada de oxigênio no organismo 
Insuficiência cardíaca congestiva 
Acúmulo de sangue no pulmão → aumento 
da pressão hidrostática 
Água nos alvéolos → rompe barreira de 
proteção do surfactante 
 
O pulmão tem muito colágeno? 
Destruição progressiva e irreversível da 
arquitetura do pulmão, causada pela 
formação de cicatriz, o que leva à perda da 
função pulmonar (fibrose pulmonar) 
 
O tecido elástico do pulmão é parcialmente 
destruído? 
Obstrução da passagem de ar pelos pulmões 
DPOC 
Aumenta complacência 
 
O pulmão tem pouco surfactante? 
A complacência diminui 
 
Todo o ar é removido do lobo superior direito? 
Difícil extensão do pulmão (complacência 
reduzida) 
Alvéolos colapsados 
A redução da complacência é causada: 
→ Pelo aumento de tecido fibroso no 
pulmão (Fibrose Pulmonar) 
→ Por edema alveolar, que não permite a 
insuflação de alvéolos 
→ Em situações em que o pulmão 
permanece não ventilado por algum 
tempo, em especial se o volume for 
baixo, ocasionando atelectasias 
(colapso de unidades alveolares e 
aumento da tensão superficial) 
→ Se a pressão pulmonar venosa for alta 
e se o pulmão se tornar ingurgitado 
com sangue 
 
O aumento da complacência é causado: 
→ No enfisema pulmonar e durante o 
envelhecimento normal do pulmão, 
em ambas as situações por perda detecido elástico do pulmão 
→ Em crises de asma (causa 
desconhecida) 
 
Trabalho respiratório 
Durante a respiração normal, em condições 
de repouso, existe gasto energético durante 
a inspiração (primordialmente as custas da 
contração diafragmática), sendo a expiração 
um processo passivo, causado pelo 
recolhimento elástico do pulmão e da caixa 
torácica 
O trabalho respiratório pode ser dividido em: 
1. O trabalho para vencer as forças de 
contração elástica do sistema pulmonar 
(Trabalho de Complacência ou Trabalho 
Elástico) 
2. O trabalho para vencer a viscosidade do 
pulmão e das estruturas da parede torácica 
(Trabalho de Resistência Tecidual) 
3. O trabalho para vencer a resistência das 
vias aéreas ao movimento do ar dentro dos 
pulmões (Trabalho da Resistência Aérea) 
O trabalho realizado durante a respiração é 
proporcional a mudança de pressão 
multiplicada pela mudança de volume 
→ A mudança de volume é o volume que 
entra e sai dos pulmões → o volume 
corrente 
→ A mudança de pressão é a variação na 
pressão transpulmonar necessária 
para superar o trabalho elástico do 
pulmão e o trabalho resistivo do 
pulmão (via aérea + tecido) 
 
 
Durante a inspiração a pressão intrapleural 
segue a curva ABC e o trabalho realizado no 
pulmão é expresso pela área ABCDA 
Da área total ABCDA: 
→ A área da curva composta pelo 
triângulo AECDA (em rosa) representa 
o trabalho necessário para superar as 
forças elásticas do pulmão 
→ A área da curva composta pelos 
pontos ABCEA (em azul) demonstra o 
trabalho que se sobrepõe a resistência 
viscosa (vias aéreas e tecido) 
Quanto maior a resistência das vias aéreas 
ou a taxa de fluxo inspiratório mais negativa 
(para a direita) maior será a excursão da 
pressão intrapleural (entre A e C) e maior 
será a área 
 
Durante a expiração, a área AECFA 
compreende o trabalho necessário para 
superar a resistência das vias aéreas (+ 
tecido) 
Normalmente essa área encontra-se dentro 
do triângulo AECDA e dessa forma o trabalho 
pode ser realizado pela energia armazenada 
nas estruturas elásticas expandidas que 
ocorrem durante a expiração passiva 
A diferença entre as áreas AECFA e AECDA 
representa o trabalho dissipado em forma de 
calor 
 
Trabalho respiratório total 
De difícil mensuração direta, costuma ser 
calculado a partir da eficiência através do 
gasto total de O2 segundo a fórmula 
Eficiência = Trabalho Útil X 100/ Energia Total 
Gasta (ou gasto de O2) 
→ Gasto energético durante a 
respiração: em condições de repouso, 
somente 3 a 5% do gasto energético 
total do organismo é consumido pela 
ventilação pulmonar 
→ Durante o exercício vigoroso essa 
quantidade de energia dispendida 
aumenta até 50 vezes, especialmente 
se há algum aumento associado da 
resistência ou redução associada da 
complacência pulmonar 
Sendo assim, uma das maiores limitações à 
intensidade do exercício é a capacidade de 
promover energia muscular suficiente para 
manter o próprio processo respiratório 
 
Geralmente a produção de oxigênio é 
superior a produção de CO2, depois a relação 
inverte 
 
Diferenças regionais na ventilação 
Até agora assumimos que todas as regiões 
pulmonares têm a mesma ventilação 
Contudo experimentos tem demonstrado que 
as regiões pulmonares inferiores ventilam 
melhor que as superiores 
 
A pressão intrapleural não é homogênea em 
todo espaço pleural, sendo menos negativa 
na base que no ápice do pulmão 
Isso se deve ao peso do próprio órgão, pois 
tudo que é sustentado requer pressão maior 
na base a fim de equilibrar as forças do peso, 
que atuam para baixo 
Ventilação melhor na base → pulmão tem 
menos ar 
Com a pressão de -10cmH2O os alvéolos do 
ápice ficarão mais distendidos, dificultando a 
expansão 
 
O pulmão é mais facilmente insuflado a 
baixos volumes do que a grandes volumes, 
onde se torna mais rígido 
A pressão de expansão na base do pulmão é 
pequena, com os alvéolos apresentando um 
volume de repouso menor que no ápice → 
apesar de apresentar pressões menores as 
bases pulmonares ficam situadas numa 
região da curva Pressão X Volume mais 
favorável à expansão 
No sentido oposto, os ápices pulmonares 
apresentam grande pressão de expansão, um 
volume de repouso maior e pequena variação 
de volume durante a inspiração 
Em condições de repouso as bases 
pulmonares, embora relativamente pouco 
expandidas, são mais bem ventiladas em 
comparação as porções superiores do 
pulmão 
O mesmo raciocínio se aplica para a melhor 
ventilação do pulmão dependente nos 
decúbitos laterais e na posição supina 
 
A situação se modifica drasticamente quando 
analisamos a mesma curva a baixos volumes 
pulmonares (o gráfico agora parte do Volume 
Residual e não de repouso fisiológico) 
As pressões intrapleurais tornam-se todas 
menos negativas pela menor expansão do 
pulmão e redução das forças de retração 
elástica, mantendo-se a diferença entre ao 
ápice e a base pulmonar decorrente do peso 
do pulmão 
 
 
Nessa situação as pressões dos segmentos 
basais acabam sendo superiores a pressão 
atmosférica, comprimindo e não distendendo 
os alvéolos 
Fica impossível que haja ventilação até que 
o gradiente de pressão se torne novamente 
negativo 
Em contraste, o ápice pulmonar se encontra 
numa região favorável na curva pressão 
volume, sendo o segmento que ventila 
melhor 
 
Fechamentos das vias aéreas 
As regiões mais comprimidas nas bases 
pulmonares não têm todo o seu gás expirado 
Na prática, as vias aéreas de pequeno calibre 
(bronquíolos respiratórios) fecham-se 
primeiro, aprisionando ar dentro dos alvéolos 
Esse fenômeno é observado em indivíduos 
jovens quando ventilando a baixos volumes 
pulmonares e em indivíduos com doença 
pulmonar e idosos, mesmo em situação 
fisiológica (Capacidade Residual Funcional) 
por apresentarem perda da retração elástica 
do pulmão 
 
Propriedades elásticas parede torácica 
Assim como o pulmão, a parede torácica 
também tem propriedades elásticas 
Isso pode ser bem ilustrado introduzindo-se 
ar na cavidade pleural, quando se coloca em 
equilíbrio as pressões pleurais e 
atmosféricas o pulmão se contrai e a caixa 
torácica se expande 
 
 
As interações entre as propriedades 
elásticas do pulmão e da caixa torácica são 
melhor analisadas separadamente na curva 
Pressão x Volume