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Biofísica da RespiraçãoGrupo: Aneli, Catarina, Danilo, Stéphanie e Thalita DalboniTRANSCRIPT
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Biofísica da respiraçãoA mecânica da respiração
Aneli AbeCatarina RochaDanilo CostaStéphanie DalmassaThalita Dalboni
Biofísica da respiração 2
Movimentação dos pulmões
Biofísica da respiração 3
Pleura pulmonar e a pleura da parede torácica
Pressão Pleural
Biofísica da respiração 4
Pressão negativa-2cmH2O a -5cmH2OEquilibra as forças elásticas
intrapulmonaresPausas respiratórias Pressão intra-alveolar = pressão
atmosférica
Pressão Pleural
Biofísica da respiração 5
Medição:Punciona-se a parede torácicaConecta agulha a um manômetro
ouSonda dotada de balonete longo (esôfago)Presão esofágica reflete a pleuralEsôfago transmite pressões externas
Pressão Pleural
Biofísica da respiração 6
volume da caixa torácida -4cmH2O a -8cmH2O pressão negativa Redução pressão alveolar Entrada de ar
Inspiração
Biofísica da respiração 7
Exercícios físicos ou doença obstrutivaP. Pleural: até -135 cmH2O
Inspiração
Biofísica da respiração 8
Compressão – parede torácica e músculos do abdômen (prensa abdominal)
Pressão pleural para valores negativos - 2cmH2O a -4cmH2OForçada: valores positivo
Expiração
Biofísica da respiração 9
Campbell: Prensa abdominal – não é ativada
enquanto a resistência ao fluxo respiratório é menor que 10cmH2O
Resistência , pode-se respirar sem auxílio da musculatura do abdômen
Acumulo de E.P. Elástica
Expiração
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Músculos abdominais ativos quando: Resistência do fluxo Ventilação pulmonar 400ml/min Tosse, espirro, vômito
Queda da negatividade – Pressão pleural
Forças de colapso pulmonar Colaboram para pressão intra-alveolar
Saída do ar dos pulmões
Expiração
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Expiração
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Respiração pulmonar Processo rítmico
Frequência dos ciclos respiratórios Idade Exercício Alterada em estados patológicos
Frequência respiratória
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Escoamento do ar nas vias aéreas
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Equação de Poiseuille
Ф = ΔP. π . r4
8 . Ƞ .1
Ф = É o fluxo em unidade de volume/tempoΔP =É a diferença de pressão entre as extremidades do tubor = é o raio do tubol = é o comprimento do tubo ƞ = é a viscosidade do fluido
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( delta P ) e (r ) , favorecem o desenvolvimento de grandes fluxo
( l ) e ( ƞ ) , oferecem grande resistência e dificuldade
( r ) maior influência na determinação do fluxo
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A movimentação dos fluidos : região de > P para a de < P.
Inspiração = P do meio > P que alveolar
Expiração = P alveolar > P que do meio
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Escoamento do ar nas vias aéreas
Inspiração
Expiração
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Tipos de escoamento
Laminar ; fluido move-se em camadas
Turbulento ; fluido desenvolve redemoinhos, e não há organização mecânica
Misto ; envolve tanto o laminar como o turbulento
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O número de Reynolds, dado pela expressão:
N= v . d . µ
ƞ
N= número de Reynolds v = velocidade média do fluidod = diâmetro do tudoµ = densidade do fluidoƞ = viscosidade cinemática do fluido
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Forças envolvidas no escoamento
Forças elásticas ( parede torácica e dos pulmões)
Resistência ( viscosa do ar, turbulência, alteração de volume e forma dos órgãos)
Forças de atrito
Forças necessárias para vencer a inércia dos sistemas móveis
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Descoberta de Bernoulli
Relação inversa entre (v) do fluxo aéreo e (P) que o gás exerce sobre a parede interna da tubulação
Brônquios estreitos, enfisema pulmonar
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Medidas Espirográficas
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Medida do ar que entra e sai do pulmão;Teste que auxilia na prevenção e permite diagnóstico e qualificação de distúrbios respiratórios;
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Medidas Espirográficas
1. Volume corrente:
volume de ar inspirado
durante um ciclo
respiratório;
± 500ml
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Medidas Espirográficas
2. Volume de reserva inspiratória: quantidade de ar que pode ser movimentada além do volume corrente durante esforço máximo
± 3000ml
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Medidas Espirográficas
3. Volume de reserva expiratória: é o
volume máximo adicional de ar que
pode ser eliminado por expiração
forçada, após o término da
expiração corrente.
± 1100ml
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Medidas Espirográficas
4. Volume residual: O ar que não pode ser expulso do pulmão.
± 1200ml
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Medidas Espirográficas
5. Capacidade pulmonar total = volume de reserva inspiratória + volume corrente + volume de reserva expiratória + volume residual
±
580
0m
l
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Medidas Espirográficas
6. Capacidade vital = volume de reserva inspiratória + volume corrente + volume de reserva expiratória
± 4
60
0m
l
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Medidas Espirográficas
7. Capacidade inspiratória = volume de reserva inspiratória + volume corrente
±
350
0m
l
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Medidas Espirográficas
8. Capacidade residual funcional = volume residual + volume de reserva expiratória
±
230
0m
l
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Os volumes e capacidades variam com o
sexo, raça, idade, superfície corporal,
superfície cutânea, postura e em algumas
doenças.
Espirometria em doenças
Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC)
Pneumopatias Restritivas
Volume Residual e Capacidade residual funcionalCapacidade Vital normal ou diminuída
Capacidade Pulmonar Total e Capacidade Vital
Perda da extensibilidade e redução da complacência pulmonar
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Biofísica da respiração 34
Espirograma
Registro gráfico do volume de ar
expirado, em que o coeficiente angular da
curva determina a cada ponto a
velocidade do fluxo.
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É importante conhecer os dados:
1. Volume expiratório forçado no
primeiro segundo (VEF1);
2. Velocidade máxima do fluxo
expiratório (FEFmáx);
3. Velocidade máxima do fluxo
expiratório forçado médio
(FEF25%-75%), que é medido pela
inclinação da reta que liga os
pontos correspondentes a 25% e
75% do volume total expirado.
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Alça fluxo-volume
Um registro feito estudando a função pulmonar, em que o fluxo expirado fica no eixo das ordenadas e o volume expirado na abcissa. É utilizado também para a detecção de doenças respiratórias.
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Exemplo: Paciente com asma brônquica
Capacidade vital
Velocidade máxima do fluxo expiratório
Velocidade máxima do fluxo expiratório forçado médioVolume expiratório forçado
Volume expiratório máximo;
Fluxo máximo de ar expirado
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O esforço das pleuras
Durante a inspiração, os pulmões seguem o movimento da caixa torácica graças ao líquido que se encontra no espaço pleural. Esse líquido é composto basicamente por água e sais.
Molhando as pleuras: as forças de adesão > as forças de coesão Força entre
molécula de líquido e da superfície
Força entre moléculas de líquido
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O comportamento elástico das estruturas envolvidas com a respiração
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A energia da contração dos músculos inspiratórios é gasta para acelerar o ar no interior das vias aéreas
Quando + Pulmão expandido > força elástica
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A dependência entre a força elástica e
estiramento foi estudada por Hooke, que estabeleceu a clássica expressão:
F = - K . Δx
K = constante elástica da molaΔx = é a variação de comprimento da mola
determinada pelo efeito deformante
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Os corpos elásticos, submetidos a esforços deformantes muito intensos, sofrem grande alteração de forma.
Força deformante limite e tensão de ruptura
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Elasticidade X Extensibilidade
Elasticidade : propriedade que os corpos possuem de retomar a sua forma inicial.
Extensibilidade : Propriedade que permite aos corpos serem deformados
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A constante elástica (k) , depende do esforço e da natureza e geometria do material :
K = ρ . S x₀
ρ = coeficiente de elasticidade específica do material
S= área da secção transversa do corpox₀ = comprimento inicial do corpo
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O comportamento elástico dos corpos varia com o tipo de esforço a que ele está submetido:
TraçãoCompressãoFlexãoTorçãoCisalhamento
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A COMPLACÊNCIA PULMONAR
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Propriedade de órgãos ocos elásticos aumentarem de volume quando submetidos à uma determinada pressão.
Inversamente proporcional à constante elástica K do corpo
Medida em litros/ cm H2O
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COMPLACÊNCIA ESPECÍFICA
É valor da complacência no volume de pulmão disponível.
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Em algumas patologias a parede dos alvéolos pode ser substituída por tecido fibroso reduzindo a capacidade de absorção de ar
Já o enfisema pulmonar faz com que a parede dos alvéolos perda o tônus elástico o que pode aumentar a complacência pulmonar
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TENSÃO SUPERFICIAL
Todo líquido posto em contato com um gás, forma uma membrana elástica na interface gás-líquido.
As moléculas no interior do líquido sofrem atração entre si, onde todas as forças se anulam, porém as que estão na superfície sofrem apenas interações laterais e para baixo, formando uma tensão que forma uma película.
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MEDIDA DA TENSÃO SUPERFICIAL
Experimento de Maxwell
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Balança de Lecompte de Nouy
Balanças modernas
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TENSÃO SUPERFICIAL
2 casos:1º líquidos que molham superfícies
2º que não molham a superfície
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Consideremos os dois casos
1º 2º
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No primeiro caso
O que faz o líquido aderir às paredes é a tensão superficial.
Esta força é tangente à superfície do líquido.
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Ela pode ser decomposta em 2 forças
A componente horizontal é nula
A componete vertical pode ser expressa como:
Biofísica da respiração 57
Esta resultante é igual a força peso:
R = P
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Como a densidade de um líquido é dada por:
Então:
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Mas o volume de um líquido é dada pela área da base vezes a altura (h), então temos:
Logo:
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Substituindo a 1ª equação temos:
Isolando temos:
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Fatores que alteram a tensão superficial
Temperatura;
Adição de detergentes e sais.
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Surfactante Alveolar
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Pressão total de retração pulmonar. é a soma produzida pelos componentes elásticos do parênquima pulmonar adicionada à pressao de retração produzida pela tensão superficial do líquido alveolar
Pt = Pe + Pts
Pt – pressão total de retração pulmonarPe- componentes elasticosPts-tensão superficial
.Os cálculos teóricos mostraram que Pts do líquido intra-alveolar é igual a 20.000d/ cm². Esse valor foi obtido considerando a proposição de Laplace para esferas elásticas e considerando os seguintes dados.
. Numero de alveolos – 300 milhões
. diametro dos alveolos- 300 um . ts do liquido intra alveolar- 50d / cm
Biofísica da respiração
Biofísica da respiração 64
Experimento de von Neegaard e de Clements.
A pressão traqueal capaz de equilibrar um pulmão com insuflação máxima vale 20cmH2O.Essa figura mostra dois comportamentos próprios desse órgão.
.um mesmo incremento de pressão traqueal produz maior variação do volume pulmonar quando o pulmão esta desinsuflado do que quando esta insuflado.
.a pressão de retração pulmonar máxima produzida pelos componentes elásticos do parênquima pulmonar foi aproximadamente metade daquela produzida quando havia tensão superficial alveolar
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Quando o pulmão esta desinsuflado, a pressão total de retração pulmonar, é de 2 a 5cmH2O. Essa pressão é, 4 a 10 vezes menor que a pressão traqueal que mantém o pulmão cheio.
Como a pressão máxima de retração do pulmão insuflado é praticamente igual a pressão de retração de tensão superficial do liquido alveolar, pode-se concluir que no pulmão vazio, a tensão superficial do liquido alveolar é 4 a 10 vezes menor que a do pulmão cheio.
Raciocinando com esses fatores Clements concluiu que deveria existir no liquido alveolar uma substância tensoredutora. A função desse surfactante seria fazer variar a tensão superficial do liquido intra-alveolar de acordo com o volume do alvéolo
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Para testar sua hipótese,Clements &Tierney(1965) contruiram um aparelho para medira tensão superficial de líquidos durante a expansão e compressão da sua superfície livre.
C - cubaE –êmbolo móvelP – placa de platinaT – transdutor de força
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Composição química do surfactante.O surfactante é composto por uma combinação de tensoredutoras, sendo 85% fosfolipídios, 5% de lipídeos neutros, 10% de proteínas.
Funções e produçao do surfactante. As proteínas de alto peso molecular exercem sua funçao em cooperação com os fosfolipidios para criar propriedades tensoredutoras. Os peptideos tem papel importante na manutenção do filme surfactante sobre o alveolo
Nos pneumócitos tipo II o surfactante é armazenado em organelas chamadas de corpos lamelares
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Função –promover estabilidade dos alvéolos, bactericida
A liberação de surfactante é proporcional ao volume-corrente, mas não à freqüência respiratória.
Existência de dois “pools” de surfactante: o primeiro contém menor volume da substancia tensoredutora, responde pronta e rapidamente a agonistas edrenérgicos tipo B2, enquanto o segundo tem maior volume e responde mais lentamente.A liberação deste depende, basicamente, ao volume-corrente.
Mecanismo tensoredutor do surfactante.
Quando o alveolo esta comprimido, o surfactante presente na superficie livre é relativamente altae, pr isso, a tensçao do liquido alveolar é baixa.Todavia, quando o alveolo esta expandido, sua superficie interna é grande e a area de superficie livre do liquido alveolar tambem é grande.O liquido alveolar aumenta sua area livre trazendo moleculas de agua do seu interior para sua superficie.Com isso, a contribuiçao das moleculas do surfactante diminui, e os valores da tensao superficial fica próximo a 50d/cm
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Experimentos de Laplace
Marquês de Laplace estudando o comportamento das bolhas de sabão, observou, que a parede de cada bolha é formada por duas superfícies que determinam esferas de raios diferentes.
Estabeleceu que:
P= T 1 + 1 R1 R2
Biofísica da respiração 70
Comportamento Laplaciano das bolhas de sabão
A bolha ao se formar na extremidade do tubo inicialmente decresce de raio. A partir de um determinado raio mínimo,o raio passa a crescer progressivamente a medida que ela vai sendo inflada.A curva do gráfico representa os valores da pressão interna, necessário para manter o volume da bolha. Inicialmente, a pressão cresce rapidamente, mas a partir de B , quanto maior se torna o volume da bolha, menor é a pressão necessária para estabilizá-la
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Surfactante e ventilação dos alvéolos
Os alvéolos pequenos devem exercer uma pressão maior do que os alvéolos grandes , considerando que estes estão interconectados pelos tubos respiratórios,seria, impossível ventilar os alvéolos pequenos caso não existisse o surfactante pulmonar,pois a insuflação de ar expandiria, preferencialmente, os maiores.
Esse fenômeno seria alimentado por um feedback positivo, pois quanto mais aumentassem , menor seria a resistência para enche-los e mais ar seria por eles sequestrado.
Assim o surfactante ao reduzir a tensão superficial dos alvéolos pequenos e ao elevar a dos grandes, equilibra, e permite que o fluxo de ar seja constante
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Surfactante e síndromes patológicas
Distúrbios da produção ou eliminação de surfactante pulmonar:
Síndrome da membrana hialiana Proteinose alveolar Embolia pulmonar Pulmão de choque Na síndrome da membrana hialiana , a produção
de surfactante é deficiente em relçao a que ocorre no pulmão normal, tornando a força de retração alveolar alta, e dificultando a respiração
Biofísica da respiração 73
A proteinase alveolar tem causa desconhecida, esta associada a micose pulmonar.Nesta doença o surfactante encontra-se em excesso, devido a grande produção ou de uma menor eliminação.Como resultado disso, há uma maior passagem de líquido para os alveolos, produzindo-se edema pulmonar
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O pulmão em choque e a Embolia pulmonar, levam a estados de hipóxia tissular, e interferem nos mecanismos de produção e eliminação do surfactante, conduzindo a alterações mecânicas e imunológicas da função normal do pulmão