Biofiacutesica

Mecacircnica dos fluidos circulaccedilatildeo e respiraccedilatildeo

Prof Caio Maximino

Objetivos

Revisar princiacutepios de fiacutesica dos fluidos e sua relaccedilatildeo com o conceito de pressatildeo

Descrever sumariamente o sistema circulatoacuterio identificando as partes de alta ou baixa pressatildeo e alta e baixa concentraccedilatildeo de gases

Identificar os paracircmetros fiacutesicos associados agrave pressatildeo em fluxo de fluidos nos organismos vivos e suas implicaccedilotildees para processos fisioloacutegicos

Derivar e aplicar equaccedilotildees simples na descriccedilatildeo da dinacircmica de fluidos em sistema circulatoacuterio e sistema respiratoacuterio

Caso motivador

Um homem de 65 anos com histoacuterico de hipertensatildeo e doenccedila coronaacuteria eacute admitido na emergecircncia de um hospital com queixas de insensibilidade e fraqueza na face esquerda Sua pressatildeo arterial eacute normal assim como a frequecircncia cardiacuteaca e outros sinais vitais Durante o exame fiacutesico o paciente apresentava pulmotildees limpos e paracircmetros cardiacuteacos normais A ausculta das arteacuterias caroacutetidas revelou um som ldquoestridenterdquo (sopro) bilateral Existe evidecircncia de fala arrastada e abatimento facial agrave esquerda O paciente eacute diagnosticado com um derrame

O conceito de fluido

Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo

Inclui gases liacutequidos e plasma

Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado

Em geral ρ = f(PT)

Algumas densidades selecionadas

ρliacuteq

x 103 (kg m-3) ρgaacutes

(kg m-3)

Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)

Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)

Sangue 105 (37 ordmC)

Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio

ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)

Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio

Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

V + G A - G

V - G A + G

Aspectos comparativos

Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-

oxigenado e flui para o resto do corpo

Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao

coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico

ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue

ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue

OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30

Objetivos

Revisar princiacutepios de fiacutesica dos fluidos e sua relaccedilatildeo com o conceito de pressatildeo

Descrever sumariamente o sistema circulatoacuterio identificando as partes de alta ou baixa pressatildeo e alta e baixa concentraccedilatildeo de gases

Identificar os paracircmetros fiacutesicos associados agrave pressatildeo em fluxo de fluidos nos organismos vivos e suas implicaccedilotildees para processos fisioloacutegicos

Derivar e aplicar equaccedilotildees simples na descriccedilatildeo da dinacircmica de fluidos em sistema circulatoacuterio e sistema respiratoacuterio

Caso motivador

Um homem de 65 anos com histoacuterico de hipertensatildeo e doenccedila coronaacuteria eacute admitido na emergecircncia de um hospital com queixas de insensibilidade e fraqueza na face esquerda Sua pressatildeo arterial eacute normal assim como a frequecircncia cardiacuteaca e outros sinais vitais Durante o exame fiacutesico o paciente apresentava pulmotildees limpos e paracircmetros cardiacuteacos normais A ausculta das arteacuterias caroacutetidas revelou um som ldquoestridenterdquo (sopro) bilateral Existe evidecircncia de fala arrastada e abatimento facial agrave esquerda O paciente eacute diagnosticado com um derrame

O conceito de fluido

Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo

Inclui gases liacutequidos e plasma

Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado

Em geral ρ = f(PT)

Algumas densidades selecionadas

ρliacuteq

x 103 (kg m-3) ρgaacutes

(kg m-3)

Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)

Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)

Sangue 105 (37 ordmC)

Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio

ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)

Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio

Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

V + G A - G

V - G A + G

Aspectos comparativos

Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-

oxigenado e flui para o resto do corpo

Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao

coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico

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Caso motivador

Um homem de 65 anos com histoacuterico de hipertensatildeo e doenccedila coronaacuteria eacute admitido na emergecircncia de um hospital com queixas de insensibilidade e fraqueza na face esquerda Sua pressatildeo arterial eacute normal assim como a frequecircncia cardiacuteaca e outros sinais vitais Durante o exame fiacutesico o paciente apresentava pulmotildees limpos e paracircmetros cardiacuteacos normais A ausculta das arteacuterias caroacutetidas revelou um som ldquoestridenterdquo (sopro) bilateral Existe evidecircncia de fala arrastada e abatimento facial agrave esquerda O paciente eacute diagnosticado com um derrame

O conceito de fluido

Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo

Inclui gases liacutequidos e plasma

Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado

Em geral ρ = f(PT)

Algumas densidades selecionadas

ρliacuteq

x 103 (kg m-3) ρgaacutes

(kg m-3)

Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)

Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)

Sangue 105 (37 ordmC)

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ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)

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Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

V + G A - G

V - G A + G

Aspectos comparativos

Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-

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O conceito de fluido

Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo

Inclui gases liacutequidos e plasma

Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado

Em geral ρ = f(PT)

Algumas densidades selecionadas

ρliacuteq

x 103 (kg m-3) ρgaacutes

(kg m-3)

Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)

Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)

Sangue 105 (37 ordmC)

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Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa

V + G A - G

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Algumas densidades selecionadas

ρliacuteq

x 103 (kg m-3) ρgaacutes

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V + G A - G

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V + G A - G

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V + G A - G

V - G A + G

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Aspectos comparativos

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oxigenado e flui para o resto do corpo

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Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O

2 baixo e CO

2 alto ( )

2 Alta pressatildeo O2 alto CO

2 baixo ( )

3 Baixa pressatildeo O2 alto CO

2 baixo ( )

A)Arteacuteria pulmonar

B)Veia pulmonar

C)Aorta

Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio

1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai

2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f

1 = f

2 = hellip = f

x

3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui

Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio

O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo

Como no regime estacionaacuterio QT = Q

1 = Q

2 =

hellip podemos generalizar de forma que

fluxo=velocidadetimesaacuterea

Q=(LsdotTminus1)times(L2

)=L3sdotTminus1

Q=v1sdotA2=v2sdotA2=

Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ

Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)

Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)

m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal

lembrar que S=πtimes(D2

4)

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio

1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai

2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f

1 = f

2 = hellip = f

x

3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui

Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio

O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo

Como no regime estacionaacuterio QT = Q

1 = Q

2 =

hellip podemos generalizar de forma que

fluxo=velocidadetimesaacuterea

Q=(LsdotTminus1)times(L2

)=L3sdotTminus1

Q=v1sdotA2=v2sdotA2=

Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ

Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)

Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)

m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal

lembrar que S=πtimes(D2

4)

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio

O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo

Como no regime estacionaacuterio QT = Q

1 = Q

2 =

hellip podemos generalizar de forma que

fluxo=velocidadetimesaacuterea

Q=(LsdotTminus1)times(L2

)=L3sdotTminus1

Q=v1sdotA2=v2sdotA2=

Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ

Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)

Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)

m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal

lembrar que S=πtimes(D2

4)

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ

Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)

Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)

m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal

lembrar que S=πtimes(D2

4)

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal

lembrar que S=πtimes(D2

4)

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli

Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E

T) do fluido eacute dada por quatro termos

ET=E p+EC+ED+EG

Energia total

Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)

Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)

Energia dissipada (atrito)

Energia posicional (G)

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Energeacutetica da circulaccedilatildeo

ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade

do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E

D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e

se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial

que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo

Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea

ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa

de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole

B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes

bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)

bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria

C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E

p

armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes

bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea

bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole

ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E

p nas

arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)

Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees

Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que

corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria

Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo

ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura

ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso

ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Tipos de fluxo

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Fluxo laminar

O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada

Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta

Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia

Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento

Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Fluxo turbulento

Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada

Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue

Promove mais resistecircncia

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica

Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais

para forccedilas viscosas

Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento

Re=Dsdotvsdotρ

η

Para o sangue 106 x 103 kgm-3

Para o sangue 28 x 10-3 Pas

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)

Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o

calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue

Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento

Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)

Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar

Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores

ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo

ndash r eacute o raio do tubo

ndash η eacute a viscosidade do fluido

Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico

Q=πsdotΔ Psdotr4

8sdotηsdotL

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo

ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma

grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)

ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1

Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E

C que se repotildee agraves custas da E

p

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo

Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas

As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Resistecircncia perifeacuterica e fluxo

ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)

Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)

ndash O comprimento do tubo (uarr R)

ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)

Assim

Qprop1R

R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =

Lsdotηr 4

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)

Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros

Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta

Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo

Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)

Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Para reflexatildeo

A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist

Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm

As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio

Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus

Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)

Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)

Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Para reflexatildeo

O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar

As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos

Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo

Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea

Tensatildeo ndash forccedila por raio

No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)

A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes

Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr

Para os vasos P=Tr

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Pressatildeo nos capilares

Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos

A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares

Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do

fluido

ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular

ndash Aumento da pressatildeo venosa

ndash Accedilatildeo do campo G

Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido

ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

A Lei dos Gases

Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas

Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito

Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

CNTP

Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)

ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)

Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Boyle-Mariotte

ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo

Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees

Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Exerciacutecio para fixaccedilatildeo

Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Gay-Lussac-Charles

ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo

Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315

V 1sdotT 2=V 2sdotT 1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases

P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta

PsdotV=nsdotRsdotT

R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1

R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Exemplo

Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave

pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos

1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3

P asymp 101 x 105 Pa

T = 27315 + 37 = 31015 K

2 Rearranjando a foacutermula

n=PVRT

=101times105 x 027times10minus3

83times103times31times102

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Dalton

ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo

No caso do ar atmosfeacuterico

PT=P1+P2+P3++Pn

Par=PN2+PO2

+PH 2Ov

+PCO2+Pg

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Exemplo

Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo

Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar

N2

7862 749

O2

2084 136

CO2

004 53

H2O 05 62

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Henry

ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo

ndash P ndash pressatildeo (em torr)

ndash f ndash fator de solubilidade

ndash V1 ndash volume do liacutequido

V d=PsdotfsdotV 1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Lei de Graham

Define a difusatildeo de gases

ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas

coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)

v=CssdotTsdotAsdotΔP

radicMsdotLsdotη

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano

Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo

interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA

Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios

Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos

Traqueia

Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF

httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

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Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Alveacuteolos

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

O ciclo respiratoacuterio

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio

Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo

Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma

sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar

ndash

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

O ciclo respiratoacuterio

Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo

das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar

ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada

Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Volumes e capacidades respiratoacuterias

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Volumes e capacidades respiratoacuterias

O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a

cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores

O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma

O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Volumes e capacidades respiratoacuterias

A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax

A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa

A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida

Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo

σ=Forccedila

Distacircncia=MsdotLsdotT 2

L=MsdotT 2

σ=TrabalhoAacuterea

=MsdotL2

sdotTminus2

L=MsdotT 2

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no

pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3

Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

A tensatildeo superficial e aLei de Laplace

Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a

pressatildeo interna seraacute maior do que C

Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases

Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente

O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO

2(aq)) e dissolvido

fisicamente (O2(aq))

Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry

Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo

V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

O O2 transportado na hemoglobina

Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O

2 estaacute ligado nas

Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo

Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos

Em volume isso eacute equivalente a 236 ml

M Hb=150 gsdotlminus1

16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1

CO2 transportado no sangue

CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO

2

dissolvido (10)

Carbonato total NaHCO3 e H

2CO

3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao

CO2(aq)

A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma

Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb

V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1