Biofísica da Respiração

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Nicolle D’ivanenko, MED9 TVI 
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B A S E S M O R F O F U N C I O N A I S I I 
Prof. Henrique Quintas 
 
trato respiratório superior → órgãos localizados fora da 
cavidade torácica → cavidade nasal, faringe, laringe 
trato respiratório inferior → órgãos localizados dentro da 
cavidade torácica → laringe, traqueia, brônquios, 
bronquíolos e alvéolos 
 
pulmoes e cavidade 
toracica 
MÚSCULOS VENTILATÓRIOS 
1. contrações ou relaxamento criam gradientes de 
pressão → fluxo de ar sempre da região de maior 
pressão para menor pressão; ar se desloca por 
diferença de pressão. 
exemplos: diafragma, intercostais internos e 
externos 
 
SACOS PLEURAIS 
1. envolvem os pulmões. 
2. compostos por duas membrana pleurais (ou 
pleuras): 
a) revestidas por mesotélio (epitélio simples 
pavimentoso); internamente, compostas 
por tecido conjuntivo frouxo, com fibras 
colágenas e elásticas. 
b) pleura visceral → a mais interna das pleuras, 
reveste a superfície externa dos pulmões. 
c) pleura parietal → mais externa das pleuras, 
reveste a cavidade torácica. 
3. entre as membranas: cavidade pleural → 
preenchida com líquido pleural: 
a) promove união entre as membranas 
pleurais. 
b) mantém os pulmões aderidos à parede 
torácica → pulmões parcialmente inflados, 
mesmo em repouso. 
c) a pressão intrapleural é ligeiramente inferior 
à pressão atmosférica. 
 
 
 
 
 
relacao pressao-volume 
PRESSÃO ATMOSFÉRICA 
 ar seco: 760mmHg 
 mistura de gases (21% oxigênio) 
 Lei de Dalton → pressão total = soma das 
pressões individuais dos gases. 
 pressão de um único gás → pressão parcial. 
 
fluxo dos gases → de MAIOR para MENOR pressão, a favor 
do gradiente de concentração. 
 
lei de boyle 
quanto maior o volume, menor a pressão. 
 
↑ V ↓ P 
P1 · V1 = P2 · V2 
 
 
 
diafragma quando contrai vai pra baixo = inspiração → 
músculos inspiratórios se contraem; ar entra. 
diafragma quando relaxa = expiração normal → músculos 
inspiratórios relaxam; ar sai. 
 
expiração forçada → músculos expiratórios se contraindo; 
musculatura expiratória só “entra em ação” na expiração 
forçada. 
 
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caixa toracica e 
diafragma x ventilacao 
mudanças no volume da cavidade torácica → alteração na 
pressão alveolar. 
 
INSPIRAÇÃO 
1. contração do diafragma e intercostais externos e 
escalenos. 
2. diafragma desce e intercostais externos e 
escalenos tracionam as costelas para cima e para 
fora (movimento de alça de balde). 
1+2 = ampliação da caixa torácica. 
OBS: intercostais externos + escalenos = 
músculos inspiratórios. 
 
EXPIRAÇÃO 
1. relaxamento dos músculos contraídos na 
inspiração (respiração em repouso). 
2. expiração forçada → ação adicional dos 
intercostais internos e músculos abdominais. 
OBS: intercostais internos + abdominais = 
músculos expiratórios. 
 
 
musculos respiratorios 
x ventilacao 
 
 
 
modificacoes da pressao 
em respiracao tranquila 
 
 
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para de sair ar dos alvéolos quando a pressão dele se 
iguala a atmosférica; pressão alveolar = pressão 
atmosférica → não há fluxo de ar. 
 
como se o pulmão tivesse puxando uma (pleura visceral) 
e a parede torácica tá puxando a outra (pleura parietal), 
aí "aumenta o espaço" entre elas e diminui a pressão 
intrapleural → INSPIRAÇÃO. 
na EXPIRAÇÃO → o espaço entre as pleuras fica 
"espremidinho”, aí a pressão fica alta. 
 
 
B A S E S M O R F O F U N C I O N A I S I I 
Prof. Rafael Benjamin 
 
VENTILAÇÃO → representa a troca de ar entre a atmosfera 
e os pulmões. 
 
inspiração: passagem do O2 atmosférico → pulmões; 
inspiração é um trabalho ativo porque envolve contração 
dos músculos. 
expiração: ar atmosférico ← CO2 dos pulmões 
 
 
Composição do ar atmosférico 
 vários gases, mistura. 
 
pressão parcial de um gás → não pode ser concentração 
porque se trata de uma relação entre soluto dissolvido em 
solvente; quando se trata de gás, não tem como chamar 
de soluto pois não tem algo físico/sólido (que caracteriza 
um soluto), por isso se chama pressão parcial de O2 (PO2 
– mesma ideia, mas não o mesmo conceito); quanto esse 
gás contribui para a composição do ar atmosférico. 
 
existe também: pressão parcial de N2 (PN2), pressão 
parcial de CO2 (PCO2) resulta na pressão atmosférica. 
 
 
 
 a pressão total de uma mistura de gases é a soma 
das pressões dos gases individuais. 
 pressão atmosférica (Patm) convencionou-se 0cm 
H2O, Patm = 760mmHg (nível do mar). 
 
“A pressão total de uma mistura de gases é a soma das 
pressões dos gases individuais.” 
 
1mmHg = 1,36 H2O ou em quilo Pascais (kPa), em que 
760mmHg = 101,325 kPa. 
 
 oxímetro = quantidade de O2 no sangue, ligado 
com a hemoglobina circulando por aí. 
 
 
 
 não colocar CO2 pra fora é emergência imediata; 
nosso processo respiratório “lava” o CO2 pra fora 
do corpo → maior geração de ácidos no 
organismo e pode gerar uma acidose 
respiratória. 
 CO2 dilui muito mais fácil no sangue que O2. 
 
Lei de Fick 
“O gradiente de movimento de matéria, em um dado 
meio, é proporcional à concentração de uma determinada 
substância.” 
 
 
 
 o ar flui por um gradiente de pressão. 
 
↑ pressão → direção do fluxo → ↓ pressão 
↓ pressão → direção do fluxo → ↑ pressão 
 
 
 
Composição do ar atmosférico 
pressão parcial de oxigênio carbono (PO2 = 160mmHg) 
 
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pressão parcial de dióxido de carbono (PCO2 = 0mmHg) 
 
 
 
 
 
 
 
Lei de Boyle 
 
P1 · V1 = P2 · V2 
 
A lei de Boyle diz que, “se o volume de gás é reduzido, a 
pressão aumenta. Se o volume aumenta, a pressão 
diminui.” 
 
↓ volume ↑ pressão 
↑ volume ↓ pressão 
 
↑ volume da caixa torácica ↓ pressão 
contração do diafragma, AR FLUI PRA DENTRO DOS PULMÕES 
 
↓ volume da caixa torácica ↑ pressão 
AR DEIXA OS PULMÕES 
 
 
 
doença da descompressão é muito comum entre 
mergulhadores. 
 
↓ volume ↑ pressão 
 
quando o mergulhador volta muito rápido pra superfície, 
pode formar bolhas na circulação sanguínea; se isso 
acontecer, ele precisa ser levado imediatamente pra uma 
câmara hiperbárica (vai simular a alta pressão e simular 
como se fosse diminuindo gradativamente). 
 
câmara hiperbárica também é capaz de promover alta 
cicatrização; com o maior aporte de oxigênio, 
 
 
Fatores que influenciam o trabalho respiratório 
 complacência. 
 elastância. 
 tensão superficial. 
 resistência. 
 doença restritiva pulmonar. 
 aumento na quantidade de fibrose. 
 
 
 
 
complacencia pulmonar 
 a complacência refere-se à quantidade de força 
que deve ser exercida sobre um corpo para o 
deformar. 
 no pulmão, podemos expressar a complacência 
como uma alteração do volume (V), que é 
resultado de uma força ou pressão (P) exercida 
sobre o pulmão. 
 
↑ complacência = △V / ↓ △P 
 
É uma medida da facilidade com a qual 
a parede do tórax e os pulmões se 
expandem. A perda de complacência 
aumenta o trabalho respiratório. 
 
 pulmão com pouca complacência = dificuldade 
de deformar, precisa colocar mais força pra 
conseguir expandir o pulmão. 
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 capacidade do pulmão tem de sofrer expansão, 
de se insuflar. 
 pulmão pouco complacente → capacidade de 
distensão muito menor. 
 hiperinsuflação (guarda uma maior quantidade 
de oxigênio) é a consequência de um pulmão 
muito complacente. 
 
 
alta complacencia 
 
uma quantidade pequena de pressão é requerida pra 
conseguir variar todo o volume. 
conclusão: precisa de só um pouco de pressão pra encher 
o pulmão com todo o volume; quer dizer que a 
complacência do indivíduo tá muito alta. 
muito complacente = distende muito rápido; não precisa 
“forçar” pra fazer o trabalho de respirar.quanto mais fácil se distende, menor o trabalho 
respiratório. 
 
↑ complacência ↓ trabalho respiratório 
 
 
baixa complacencia 
 
precisa de muito mais pressão pra variar o mesmo 
volume. 
quanto mais difícil a distensão, maior o trabalho 
respiratório. 
 
↓ complacência ↑ trabalho respiratório 
 
nesse caso, só o diafragma não dá conta de colocar o 
mesmo volume pra dentro do pulmão, então vai ter que 
utilizar a musculatura respiratória acessória. 
na hora de inspirar = muito mais trabalho respiratório 
(diafragma, músculos intercostais, 
esternocleidomastoide, escalenos). 
musculatura acessória é utilizada quando a demanda de 
metabolismo é aumentada pois potencializa a entrada de 
oxigênio. 
pulmão menos complacente = o simples fato de respirar 
numa condição basal já causa a fadiga/cansaço, porque 
naturalmente esse paciente já tem dificuldade de 
expandir o pulmão com eficiência. 
 
 
doencas pulmonares 
fibroticas 
 
 
destruição de fibras elásticas (elastinas, colágeno tipo IV). 
pulmão fibrótico é quando a fibra elástica é substituída 
por um tecido fibroso; é quase como se fosse um tecido 
cicatricial/de cicatriz (deposição de fibroblasto [altera a 
matriz extracelular], colágeno não-maleável). 
quanto menos fibra elástica e mais tecido cicatricial, 
menor elasticidade e menor complacência; mais rígido. 
 
patologias que levam a formação de tecido cicatricial: 
atelectasias (vai ter um colabamento [quando tende a se 
fechar] do pulmão, o que segura o pulmão aberto é a 
pleura; pneumotórax pode causar atelectasia), fibrose 
pulmonar, edema pulmonar, pneumotórax/hemotórax. 
 
no pneumotórax depois que sutura a pleura, precisa 
insuflar de novo o pulmão porque tava colabado; se aplica 
pressão positiva pra ele insuflar de novo, aí volta a fazer a 
conexão com a pleura e comunicar com a caixa torácica. 
 
quando o pulmão expande, a pressão dentro dele fica 
negativa em relação ao ar, aí o ar entra; na complacência, 
não consegue negativar a pressão intrapulmonar pra fazer 
com que o ar entre = tem que fazer pressão positiva, que 
é levar o ar com força pra dentro, aí consegue expandir o 
pulmão novamente. 
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O IDEAL É ALTA COMPLACÊNCIA E BAIXA 
ELASTÂNCIA >EM EQUILÍBRIO< !!! 
 
elastancia pulmonar 
“É a capacidade de resistir a deformação mecânica. A 
elastância também se refere a capacidade que um corpo 
tem de voltar a sua forma original quando a força que 
promove a sua deformação é removida.” 
 
 é a capacidade de um pulmão de resistir ao 
estiramento, ou de voltar ao seu estado de 
repouso. 
 é o contrário da complacência!!! 
 tende ao colabamento. 
 
elastância = 1/complacência 
 
 
PRESSÕES QUE INTERFEREM COM VENTILAÇÃO 
Pressão Pleural 
 se não tiver, o pulmão tende a colabar. 
 “compete” com a elastância. 
 
 
 
 
qto maior a elastância, maior o problema 
 
 
 
 
 
qto mais a caixa torácica expande, mais negativa fica a 
pressão intrapleural; mais ar = gradiente maior de pressão 
entre pulmão e ar atmosférico. 
 
quem mantém o volume residual de ar é a pressão 
negativa feita pela pleura. 
 
se não tivéssemos pleura, o pulmão ficaria colabado 
sempre; não ia conseguir insuflar o pulmão. 
 
 
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inspiração e expiração ocorrem dentro de valores 
negativos. 
 
expiração forçada = pressão intrapleural pode atingir 
valores positivos (5 positivo/algo assim); soprando 
volume além do volume corrente normal. 
 
 
Pressão alveolar 
 alvéolo é onde ocorre a troca gasosa (chega nos 
bronquíolos terminais e vai pro alvéolo). 
 existe uma fina camada de líquido (filme de água) 
no interior dos alvéolos; quando o ar interage 
com ela, ele cria uma região de atração entre as 
moléculas de água (causada pela interação 
ar/água) = forma tensão superficial (é o que faz 
formar gota de água, inseto pousado sobre a 
superfície da água). 
 
 
 
alvéolos com menor raio = maior pressão alveolar = 
produz mais surfactante 
PRESSÃO FICA MAIS ALTA NO ALVÉOLO POR CONTA DO 
AUMENTO DA TENSÃO SUPERFICIAL E NÃO O 
CONTRÁRIO 
muita tensão superficial = maior pressão 
 
 
 
quando a pressão dentro do alvéolo se encontra muito 
alta por conta da tensão superficial, ele tende diminuir o 
volume (vai colabar); quando o alvéolo colaba, o ar “vaza” 
pra fora e não ocorre troca gasosa. 
 
edema alveolar: muito líquido no alvéolo, gera 
colabamento por conta da alta pressão e o surfactante 
não dá conta de quebrar toda a tensão superficial. 
 
SURFACTANTE (Dipalmitoilfosfatidilcolina; 
ptns surfactantes; ións Ca+2) → pneumócito II 
 
sindrome da angustia 
respiratoria do recem nascido 
(SARRN) 
 início da produção de surfactante: 25a semana de 
gestação (6-7 mês); bebê nasce antes. 
 os bebês que nascem prematuramente sem 
concentrações adequadas de surfactante em 
seus alvéolos desenvolvem SARRN. 
 
 
 
↑ pressão alveolar COLABAMENTO ↓ complacência 
!!! bebê precisa de surfactante p/ evitar o colabamento !!! 
 
corticoide (imita o cortisol) sinaliza pro pneumócito tipo II 
que tá na hora de produzir surfactante. 
 
 
Pressão transpulmonar 
 
 
Ptranspulmonar = Palveolar – Ppleural 
 
qto maior a pressão transpulmonar (diferença da pressão 
alveolar e pleural numa faixa pra não correr o risco de 
colabar), menor a chance de colabar.