Mecânica respiratória_

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Gloria Unterkircher – Medicina UVV
Músculos da ventilação 
A inspiração ocorre após a expansão da caixa torácica, que ocasiona a queda da pressão em seu interior e leva a entrada do ar. Essa expansão é auxiliada pela contração de músculos torácicos, já a expiração ocorre após o relaxamento dos músculos inspiratórios.
· Esse processo é alentecido e suavizado pela desativação vagarosa e gradual dos músculos inspiratórios previamente contraídos. 
Exercício: Os músculos expiratórios contraem-se ativamente no decorrer do exercício, níveis elevados de ventilação, obstrução moderada a grave das vias respiratórias e fadiga.
Músculos das vias respiratórias superiores
A ativação elétrica dos músculos adutores da laringe (cricoaritenóideo posterior) ocorre antes da ativação do diafragma e persiste por toda a inspiração. A ativação desses músculos mantém a estabilidade das vias respiratórias superiores, reduz a resistência das vias respiratórias e diminui o trabalho respiratório. 
· A insuficiência de tais músculos acarreta colapso e estreitamento das vias respiratórias, levando a hipoventilação e hipoxemia, principalmente durante o sono REM.
Músculos respiratórios basais 
São músculos estriados esqueléticos que apresentam maior densidade capilar, elevado fluxo sanguíneo, maior capacidade oxidativa e resistência à fadiga. 
A inspiração ocorre por contração muscular, já a expiração pelo relaxamento dos músculos que se contraíram. 
Músculos inspiratórios
· Músculos principais: Diafragma e músculos intercostais externos. 
· Músculos Acessórios: Escalenos, esternocleidomastoideos, serráteis anteriores. 
Músculos expiratórios - sempre respiração forçada 
· Músculos Abdominais: Reto abdominal, oblíquos externo e interno, transverso abdominal e intercostais internos.
Diafragma 
É um septo musculofibroso, em forma de cúpula voltada cranialmente, que separa a cavidade torácica da abdominal, é dividido em hemidiafragma direito e esquerdo e é formado por dois músculos, costal e crural, que se unem no centro por um tendão. 
· O diafragma crural se inicia nas vértebras lombares e nos ligamentos arqueados; o costal, nas margens superiores das seis últimas costelas e apêndice xifoide. 
Inervação: nervos frênicos direito e esquerdo, oriundos dos segmentos cervicais 3, 4 e 5. 
Irrigação: artérias mamária interna, intercostal, frênica inferior e superior.
Funcionamento: Quando o diafragma se contrai, o conteúdo abdominal é forçado para baixo e para a frente, aumentando o diâmetro cefalocaudal do tórax. Além disso, as margens das costelas são levantadas para cima e para fora, ocasionando o incremento dos diâmetros anteroposterior e laterolateral torácicos.
· A força contrátil produzida pelo diafragma é representada pela pressão transdiafragmática (Pdi), a diferença entre a pressão abdominal (Pab) e pleural (Ppl)
Na respiração de repouso, o nível do diafragma se move cerca de 1 cm. Entretanto, na inspiração e na expiração forçadas, a excursão total pode ser maior que 10 cm. 
Movimentos respiratórios 
Durante a respiração, as dimensões do tórax mudam nas direções vertical, lateral e anteroposterior.
Vertical → contração e relaxamento do diafragma. 
Anteroposterior → “braço de bomba”; quando as costelas são elevadas, elas movem o esterno para cima e para frente, tornando o ângulo entre o corpo do esterno e o manúbrio menos agudo.
Lateral → “alça de balde”; a região média do corpo das costelas tende a ser mais baixa do que as duas extremidades, quando os corpos das costelas são elevados, sua região média se move lateralmente. 
Mecanismo da ventilação espontânea 
Contração ativa dos músculos inspiratórios → ↓Pressão pleural (subatmosférica) → distensão dos pulmões + alvéolos + ductos alveolares + bronquíolos → enchimento dos pulmões → relaxamento da musculatura inspiratória → expiração passiva. 
· Quando o diafragma contrai gera pressão negativa na pleura. Essa pressão subatmosférica se transfere para os alvéolos e a diferença de pressão com o ambiente externo permite que haja fluxo de ar. Quando o músculo relaxa a pressão alveolar fica positiva e o ar é exalado. 
· Quanto mais negativa for a pressão pleural gerada por contração dos músculos inspiratórios, maior a variação de volume durante a inspiração. 
Volumes, capacidades e pressões 
Volumes e capacidades pulmonares 
Volume corrente: ar inspirado ou expirado espontaneamente → 350 e 500 mℓ. 
Volume de reserva inspiratório: volume máximo que pode ser inspirado a partir do final de uma inspiração basal. 
Volume de reserva expiratório: volume máximo que pode ser expirado a partir do final de uma expiração basal. 
Volume residual: volume de gás que permanece no interior dos pulmões após a expiração máxima. 
Capacidade vital: quantidade de gás mobilizada entre uma inspiração e uma expiração máximas. 
Capacidade inspiratória: volume máximo inspirado a partir de uma expiração basal. 
Capacidade residual funcional: quantidade de gás contida nos pulmões no final de uma expiração espontânea. 
Capacidade pulmonar total: quantidade de gás contida nos pulmões ao final de uma inspiração máxima. 
Pressões pulmonares 
1. Pressão pleural - pressão no espaço entre as pleuras
Existe uma pressão negativa nesse espaço, devido a dois fatores: 
· A sucção contínua do excesso de líquido para o interior dos canais linfáticos mantém uma tração entre a superfície visceral e a superfície parietal. 
· A retração elástica do pulmão (envolto por pleura visceral) em oposição à estabilidade da caixa torácica (envolta internamente por pleura parietal) determina uma tendência de separação entre as duas pleuras. 
· Ponto de equilíbrio elástico do sistema respiratório = 4 cmH2O abaixo da pressão atmosférica.
· Início da inspiração = - 5 cm H2O – sucção necessária para manter os pulmões abertos no repouso. 
· Durante a inspiração = - 7,5 cm H2O. 
Pneumotórax: caso ocorra rompimento de uma das superfícies pleurais (ou as duas), pondo em comunicação o espaço pleural com o meio ambiente (tanto via superfície corporal quanto através da árvore traqueobrônquica), o ar será aspirado para dentro daquele pela pressão subatmosférica, e os pulmões se separarão da parede torácica, ambos seguindo suas tendências elásticas. 
Durante a inspiração, a contração muscular expande o gradil costal e a pleura parietal traciona a visceral. Consequentemente, a pressão intrapleural torna-se mais negativa. Naturalmente, ao longo da expiração ela retorna a seu valor de repouso. Embora a pressão intrapleural normalmente seja negativa, há condições em que ela pode assumir valores positivos: na hiperventilação do exercício físico, quando a expiração passa a ser ativa, e durante atos expulsivos, como tosse, defecação, espirro. Nesses casos, a força muscular é direcionada para diminuir o volume pulmonar, e, por conseguinte, a pleura parietal é empurrada de encontro à visceral. Por fim, a pressão intrapleural pode ser positiva durante a insuflação artificial dos pulmões, porquanto neste caso o ar é impulsionado sob pressão para o interior do sistema respiratório, empurrando o folheto pleural visceral contra o parietal.
2. Pressão alveolar - pressão dentro dos alvéolos
· Com a glote aberta = 0 cm H2O. 
· Durante a inspiração = -1 cm H2O. 
· Durante a expiração = +1 cm H2O.
Durante a inspiração espontânea, a pressão alveolar é subatmosférica, ao passo que se torna supra-atmosférica na expiração. Tanto ao final da inspiração, como da expiração, quando o fluxo aéreo é nulo, a pressão alveolar iguala-se à atmosférica.
A pressão alveolar é gerada da seguinte maneira: com a contração muscular inspiratória, o sistema começa a aumentar de volume. Todavia, há uma resistência a ser vencida (discutida adiante) para que o gás chegue até os alvéolos. Consequentemente, a dilatação dos espaços aéreos sempre precede o aporte gasoso até o final da inspiração, rarefazendo o volume gasoso alveolar e provocando a queda de sua pressão. Durante a expiração, o processo se inverte.
3. Pressão Transpulmonar (PT): é a diferença entre a pressão alveolar(PA) e a pressão pleural (-ppl). PT= PA – (-ppl).
4. Pressão Elástica: pressão de retração elástica gerada pelos pulmões. 
Propriedades elásticas do sistema respiratório 
Propriedades elásticas do pulmão 
A pressão motriz do sistema respiratório, que em condições normais é aquela gerada pela contração muscular durante a inspiração, precisa vencer forças elásticas e resistivas para conseguir encher os pulmões.
A elasticidade é uma propriedade da matéria que permite ao corpo retornar à sua forma original após ter sido deformado por uma força aplicada sobre ele.
Os tecidos dos pulmões e do tórax são constituídos por várias estruturas (fibras elásticas, cartilagem, células, glândulas, nervos, vasos sanguíneos e linfáticos) que apresentam propriedades elásticas e obedecem à lei de Hooke; de modo que, quanto mais intensa a pressão gerada pelos músculos inspiratórios, maior o volume inspirado.
Fatores que impedem o colabamento pulmonar: 
1. Componentes elásticos do tecido pulmonar (p. ex., fibras elásticas e colágenas): os vasos, bronquíolos e alvéolos encontram-se interligados pela trama de tecido conjuntivo pulmonar. 
· Interdependência → O arranjo geométrico das fibras faz com que quando há insuflação, todos os alvéolos permaneçam abertos, de modo que caso alguns se fechassem, seus vizinhos puxariam suas paredes e tenderiam a reabri-los. 
2. Surfactante 
Tensão superficial do líquido que recobre os alvéolos: forma-se uma interface ar-líquido que atrai as moléculas líquidas e cria uma tensão na superfície, que tenta diminuir sua área. 
· Lei de Laplace → segundo essa lei, considerando-se dois alvéolos de diferentes tamanhos conectados através de uma via respiratória comum, e com tensão superficial semelhante em ambos, conclui-se que a pressão nos alvéolos menores seria maior que a nos maiores, desse modo, os alvéolos menores se esvaziariam nos maiores, acarretando alvéolos colapsados e outros hiperinsuflados.
Surfactante: diminui a tensão superficial e impede o colabamento. 
· Promove a diminuição da tensão superficial na aproximação das moléculas, o que acontece durante a expiração, quando os alvéolos se tornam menores, e aumenta a tensão em moléculas afastadas, ou seja, é grande em alvéolos maiores. Isso resulta em um equilíbrio estável entre alvéolos grandes e pequenos. 
Composição: fosfolipídeos (Dipalmitoilfosfatidilcolina); moléculas hidrofóbicas em um extremo e hidrofílicas no outro. 
Produção: pneumócitos do tipo II, secretado no lúmen por estimulação β-adrenérgica. 
Reabsorção: o surfactante está em constante estado de renovação. Algumas moléculas deixam a superfície da película, enquanto se acrescentam outras, recentemente sintetizadas. Os pneumócitos do tipo II reabsorvem parte do líquido que recobre as paredes alveolares pelas vilosidades presentes em sua região basal. 
Funções: redução da tensão superficial, aumento da complacência e redução do trabalho de expansão pulmonar. Além disso, colabora para evitar o edema intersticial.
OBS.: Síndrome do desconforto respiratório do recém nascido: A perda de surfactante leva a redução da complacência pulmonar, áreas de atelectasia e alvéolos cheios de transudato. 
· A hipóxia, ou hipoxemia, pode acarretar redução da produção de surfactante ou aumento de sua destruição, contribuindo para o desenvolvimento da síndrome do desconforto respiratório agudo.
Complacência 
A complacência é a capacidade de distensão do pulmão e da caixa torácica. Também pode ser definida como a medida de quanto varia o volume gasoso mobilizado como resultado da variação de pressão necessária para manter os pulmões insuflados. 
· A complacência é constante na faixa de volumes pulmonares compreendidos entre 25 e 75% da capacidade vital. Abaixo e acima dessa faixa, a complacência tende a cair progressivamente, e será necessária maior variação de pressão para fazer variar o volume.
Existem dois tipos de complacência: 
· Complacência estática: é a complacência medida na ausência de fluxo, com a musculatura relaxada, sendo feita após pausa inspiratória. 
· Complacência dinâmica: é a complacência medida na presença de fluxo, com o indivíduo respirando normalmente, são registrados o volume mobilizado e a pressão utilizada. 
Em indivíduos hígidos respirando espontaneamente, não há diferença apreciável entre as complacências estática e dinâmica. 
Fatores que afetam a complacência 
Tensão superficial → quando o surfactante aumenta, a complacência também aumenta. 
Doenças → enquanto o enfisema e a idade avançada aumentam a complacência pulmonar, a fibrose diminui. 
· O aumento da pressão venosa pulmonar, o pneumotórax, o edema alveolar e a atelectasia também levam à redução da complacência. 
Diferentes volumes pulmonares → pessoas com grandes volumes pulmonares terão maior complacência para um mesmo volume inspirado que aquelas com pequenos volumes pulmonares, mesmo que ambos os pulmões sejam normais e tenham a mesma distensibilidade. Para contornar esse fenômeno, é determinada a complacência específica (Ceff), ou complacência dividida pelo volume pulmonar em que se faz a medida, usualmente denominada CRF. A complacência específica é muito utilizada para comparar distensibilidades de pulmões de diferentes tamanhos, como de crianças e adultos.
Diagrama volume - pressão _ maragarida
Ramo inspiratório: após a pressão de abertura ser alcançada o pulmão insufla-se rapidamente, mas não de maneira homogênea (alvéolos de vários tamanhos e tensões superficiais), até que a expansão máxima é alcançada. 
· As forças elásticas teciduais previnem a hiperinsuflação alveolar na presença de altos volumes pulmonares. 
Ramo expiratório: é deslocado para a esquerda em relação ao ramo inspiratório, ou seja, para uma dada pressão o volume pulmonar é maior na expiração que durante a inspiração.
Diagrama de complacência _ guyton
O Diagrama de Complacência dos Pulmões é formado pela curva de complacência inspiratória e pela curva expiratória. 
Complacência inspiratória: nota-se que existe uma baixa complacência pulmonar no início da inspiração, devido a alta tensão superficial. Observa-se ainda que, após essa tensão ser vencida, os pulmões insuflam-se com maior facilidade e, quando a expansão máxima é alcançada, a complacência pulmonar volta a reduzir, devido à máxima distensão do tecido pulmonar. 
A curva expiratória é deslocada para a esquerda em relação à curva de complacência inspiratória, ou seja, para uma dada pressão, o volume pulmonar é maior na expiração que durante a inspiração. 
Propriedades elásticas da parede torácica 
Assim como o pulmão, a parede torácica também exibe propriedades elásticas próprias. Ela inclui, além do tórax, o diafragma, a parede abdominal e o mediastino. Do ponto de vista elástico, observa-se que essa parede tende sempre à expansão, exceto em volumes pulmonares superiores a aproximadamente 75% da capacidade vital, quando tende à retração, como o pulmão 
Resistência do sistema respiratório 
Na ventilação, para que o pulmão seja insuflado o ar deve vencer as propriedades elásticas e resistivas do pulmão.
Resistência pulmonar + Resistência da parede torácica. 
Resistência da parede torácica
A resistência ao movimento das moléculas constituintes dos tecidos da parede torácica também dissipa energia. Embora nem sempre lembrada, a resistência da parede torácica pode chegar a ser responsável por 30% da resistência total do sistema respiratório. Semelhantemente à resistência pulmonar, a da parede é maior em baixos fluxos, caindo com a elevação destes.
Resistência pulmonar 
Durante a ventilação o paciente deve desenvolver força expiratória o suficiente para vencer as forças de atrito e viscoelásticas. 
· A resistência do sistema respiratório pode ser calculada dividindo-se a pressão pelo fluxo aéreo. Pressão = pressão resistida do sistema respiratório, ou seja, a pressão a ser vencida, oferecida pelos seus componentes resistivos. 
A resistência pulmonar é composta pela resistência ao fluxo e a resistência tecidual do parênquima. 
Fatores que influenciamna resistência das vias aéreas
1. Geometria da árvore traqueobrônica → a área de secção transversa dos diversos segmentos das vias respiratórias é o principal determinante da resistência, sendo o local de maior resistência é ao nível dos brônquios segmentares e subsegmentares. 
2. Volume pulmonar → A resistência das vias respiratórias cai com o aumento do volume pulmonar devido a dois fatores, ambos relacionados com a distensibilidade das vias respiratórias periféricas.
· A resistência é inversamente proporcional à quarta potência do raio. 
· Tração das pequenas vias respiratórias, que ocorre em presença de grandes volumes pulmonares (interdependência). 
3. Densidade → Quanto maior a densidade do ar, maior a resistência oferecida ao fluxo. 
4. Musculatura brônquica → a contração da musculatura lisa dos brônquios estreita as vias aéreas e aumenta a resistência ao fluxo. 
· Simpático → relaxamento.
· Parassimpático → constrição.
· O sistema não adrenérgico e não colinérgico (NANC) inibitório é responsável pelo relaxamento dos músculos lisos das vias respiratórias, e o sistema NANC excitatório leva à broncoconstrição.
5. Complacência → a diminuição da complacência aumenta a resistência. 
Resistência tecidual 
A resistência tecidual é determinada pelas perdas energéticas geradas pela viscosidade (i. e., atrito) pertinente à movimentação do pulmão. Em outras palavras, as moléculas constituintes do tecido pulmonar atritam-se quando dos movimentos respiratórios, gastando energia ao longo do processo. A resistência tecidual depende da velocidade do deslocamento e ocorre tanto durante a inspiração como na expiração. 
· Quanto maior for a intensidade da força motriz dissipada para vencer a resistência ao atrito dos tecidos durante a expiração, menor a força elástica disponível para vencer a resistência das vias respiratórias. 
· Quando a força disponível para o fluxo aéreo diminui, a expiração torna-se mais lenta. Em indivíduos normais, a resistência tecidual corresponde a 20% da resistência pulmonar, sendo o restante a resistência das vias respiratórias. Em sarcoidose pulmonar, fibrose pulmonar e carcinomatose difusa, a resistência tecidual apresenta-se frequentemente aumentada.
Trabalho respiratório 
O trabalho inspiratório pode ser dividido em três frações: (1) uma necessária para expandir os pulmões contra as forças elásticas dos pulmões e tórax, denominada trabalho de complacência ou trabalho elástico; (2) uma necessária para vencer a viscosidade do pulmão e estruturas da parede torácica, denominada trabalho de resistência tecidual; e (3) uma necessária para vencer a resistência das vias respiratórias ao movimento de ar para os pulmões, denominada trabalho de resistência das vias respiratórias.