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Biofísica da Respiração
Mecânica da respiração
Trocas gasosas
Estrutura e função do aparelho
respiratório
Biofísica – Medicina Veterinária
FCAV/UNESP/Jaboticabal
Funções do aparelho respiratório
Respiração: Troca de gases entre atmosfera, sangue e
células
Característica de seres aeróbios – Uso de O2
O2 – necessário para a produção de energia. ATP é produzido nas
mitocôndrias na presença de O2. Neste processo, o resíduo
produzido, o CO2, deve ser eliminado na mesma proporção em que é
produzido (é acido e tóxico).
Funções do Sistema pulmonar:
1) Trocas gasosas (O2 é transportado do meio externo para as
membranas pulmonares - sangue; CO2 é transportado do sangue
para meio externo, através das membranas pulmonares).
2) Homeostasia do meio interno – controla o pH sanguíneo;
3) Filtra e aquece o ar (muco e pelo nasais);
4) Atua no olfato - receptores olfato;
5) Emite sons (passagem de ar, vibração das cordas vocais)
Respiração: 3 processos relacionados:
1) Ventilação pulmonar (entrada e saída de
ar nos pulmões);
2) Respiração pulmonar (entre sangue
e pulmões);
3) Respiração tecidual (sangue e células)
CO2
O2
Sistema respiratório + sistema circulatório (parceria)
O2
Anatomia dos pulmões – localização no tórax
Componentes do aparelho respiratório
Faringe
Laringe
Traqueia
Pulmão esquerdo
Brônquio principal
esquerdoBrônquio principal
direito
Diafragma
Caixa ósseo-muscular
Cavidade nasal
Narinas
Regiões do sistema respiratório
Segmentação
Músculo
liso no
interior
Zona de conduçãoZona respiratória
Árvore brônquica
Epitélio da traqueia, com cílios e células caliciformes
Zona de condução
Zona respiratória
Cartilagem
Estrutura
absortiva
Zona de condução e respiratória do sistema respiratório
Unidade respiratória
Parede bronquial
Relação das vias aéreas e vasos sanguíneos
Extensa rede de capilares sanguíneos recobre o alvéolo pulmonar.
Local da troca gasosa. Sai gás carbônico e entra oxigênio que vai ser ligado à
hemoglobina, nas hemácias. O transporte entre o alvéolo e os capilares acontece por
diferença de concentração do gás a ser transportado.
Trocas gasosas alveolares
Relação alvéolo – sangue
Parede de 0,4 µm
Pneumócito tipo 1
Pneumócito tipo 2
surfactante
Relação alvéolo - sangue
Alvéolos
Alvéolo e bronquíolo
Alvéolos
Relação alvéolo – sangue – vaso linfático
Caixa ósseo-muscular (tórax)
Músculos acessórios
Inspiração forçada
**
*
*
Componentes da
mecânica respiratória
*
Músculos acessórios
Expiração forçada
*
*
*
*
Corte da cavidade torácica
Folheto seroso duplo
Pleura parietal
Pleura visceral
O ciclo respiratório
2 hemiciclos (Inspiração e expiração)
Pressões
Antes da
inspiração
Durante a
inspiração
Durante a
expiração
Pressão Ipulm.
é menor que a
p. atm.
Pressão Ipulm. é
maior que a p.
atm.
O ato de respirar
O ciclo respiratório
Durante a
inspiração
Durante a
expiração
O ciclo respiratório
Inspiração –
processo ativo
(trabalho)
Expiração –
processo passivo
(espontâneo)
O ciclo respiratório
Ciclo respiratório x pressões atmosférica e pulmonar
O ciclo respiratório
Relação de pressões atmosférica e pulmonar
Ventilação pulmonar
Pressão sub-atmosférica ou negativa
Com a contração do
diafragma a pressão
pleural diminui,
tornando-se sub-
atmosférica, o que
puxa ar ambiente
através das vias
aéreas.
O preenchimento dos
alvéolos com ar eleva a
pressão alveolar, de
modo que a inspiração
só prossegue até o
ponto em que as
pressões atmosférica e
alveolar sejam iguais.
Relação de pressões atmosférica e pulmonar
Ventilação pulmonar
Sequência de
eventos durante a
inspiração
Sequência de
eventos durante a
expiração
Alteração na pressão interpleural - pneumotórax
O tórax se dilata mas
o pulmão não
acompanha
Pressão interpleural
se iguala a pressão
atmosféricaEspaço entre costelas
Tensão elástica
Pulmão D
Lado D do
tórax cheio
de ar
Causas
Perfurações acidentais: Pleura parietal ou visceral (costelas, objetos)
Uso terapêutico – descansar o pulmão
Volumes e capacidades pulmonares
Pneumologia
corrente
Mecânica respiratória
Determinação dos volumes e capacidades pulmonares
Conceitos dos volumes e capacidades pulmonares
Ventilação alveolar
Apenas 2/3 é
renovado a cada
inspiração
(500 ml)
Espaço morto
Ventilação alveolar
1/3 não é
renovado
(VC)
Complacência pulmonar
Medida da relação entre a pressão aplicada e a deformação obtida
Alterações fisiopatológicas –
• Complacência em doenças que tornam o pulmão mais rígido (fibroses
pulmonares e edema pulmonar; enfisema pulmonar/danos na estrutura
dos alvéolos)
Capacidade que o pulmão tem de
se expandir
Complacência reduzida - pulmão se
expande com mais dificuldade. A
diminuição da complacência impõe
maior trabalho ao sistema
respiratório para “abrir” os pulmões e
“fazer o ar entrar”.
Em uma situação aguda, o paciente
pode evoluir rapidamente para a
insuficiência respiratória.
Em uma condição crônica, a
insuficiência acontece gradualmente
e, com o tempo, o esforço também
torna-se imenso dificultando a
expansão pulmonar.
Enfisema pulmonar
Alvéolo normal Alvéolo doente
Tensão superficial nos alvéolos
Tensão superficial na água
Tensão superficial nos alvéolos
1. Barreira à difusão – quanto maior a tensão maior a dificuldade de troca
gasosa. Substâncias surfactantes diminuem essa força.
Surfactante - fosfolipídeo (dipalmitoil lectina) – célula alveolar tipo II.
Baixa no surfactante – recém-nascido, edema pulmonar, afogamento.
2. Fechamento dos alvéolos – ex1. atelectasia pulmonar; ex2. em caso de
diminuição da elasticidade pulmonar, a tensão agrava o fechamento alveolar
Lei de Laplace
Relação entre tensão das paredes e pressão alveolar
A tensão é inversamente
proporcional ao raio do
alvéolo.
No enfisema – alvéolos
maiores são dilatados e
funcionam mal.
Em caso de uma obstrução na
passagem de ar, os alvéolos
normais (menores que os
doentes) se fecham por maior
tensão e se esvaziam
(complicação do enfisema)
Sem surfactante, alvéolos
menores colapsam e
esvaziam seu conteúdo em
alvéolos maiores, que estão
comprometidos
Lei de Laplace
Relação entre tensão das
paredes e pressão alveolar
(1) Ventilação – troca de ar
entre atmosfera e alvéolos
(2) Troca de O2 e CO2 entre ar
alveolar e sangue nos
capilares pulmonares por
difusão
(3) Transporte de O2 e CO2
pela circulação pulmonar e
sistêmica
(4) Troca de O2 e CO2 entre
sangue nos capilares
teciduais e células nos
tecidos por difusão
(5) Utilização celular de O2 e
produção de CO2
Trocas gasosas
Sangue e pulmões
Sangue e tecidos
Trocas gasosas (volumes de O2 e CO2)
Pressão parcial dos gases (ar inspirado e alveolar)
Trocas gasosas (pressões)
Trocas gasosas (tecidos)
Difusão
Movimento do oxigênio dos pulmões para os tecidos
Movimento do CO2 das células para os pulmões
Efeito Bohr e Haldane (Ações recíprocas)
tecidos
pulmão
Eritrócitos
(Trocas gasosas)
Tecidos
Pulmões
SANGUE
Efeito Bohr e Haldane
H+ e CO2 Dissocia O2 Inverso Aumenta afinidade O2
Assim não vale........
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