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........