Download - Seminario Biofísica da respiraçao
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Movimentao dos pulmes
Biofsica da respirao 2
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Presso negativa
-2cmH2O a -5cmH2O
Equilibra as foras elsticasintrapulmonares
Pausas respiratrias
Presso intra-alveolar = pressoatmosfrica
4Biofsica da respirao
Presso Pleural
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Medio:Punciona-se a parede torcica
Conecta agulha a um manmetro
ouSonda dotada de balonete longo (esfago)
Preso esofgica reflete a pleural
Esfago transmite presses externas
5Biofsica da respirao
Presso Pleural
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volume da caixa torcida
-4cmH2O a -8cmH2O
presso negativa Reduo presso alveolar
Entrada de ar
Inspirao
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Exerccios fsicos ou doena obstrutiva
P. Pleural: at -135 cmH2O
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Inspirao
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Compressoparede torcica e msculosdo abdmen (prensa abdominal)
Presso pleural para valores menos
negativos - 2cmH2O a -4cmH2O
Forada: valores positivo
Expirao
8Biofsica da respirao
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Campbell:Prensa abdominalno ativada
enquanto a resistncia ao fluxo
respiratrio menor que 10cmH2OResistncia , pode-se respirar sem
auxlio da musculatura do abdmen
Acumulo de E.P. Elstica
9Biofsica da respirao
Expirao
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Msculos abdominais ativos quando: Resistncia do fluxo Ventilao pulmonar 400ml/min
Tosse, espirro, vmitoQueda da negatividadePresso
pleural
Foras de colapso pulmonar Colaboram para presso intra-alveolar
Sada do ar dos pulmes
10Biofsica da respirao
Expirao
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11Biofsica da respirao
Expirao
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Respirao pulmonar Processo rtmico
Frequncia dos ciclos respiratrios Idade Exerccio
Alterada em estados patolgicos
Frequncia respiratria
12Biofsica da respirao
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Escoamento do ar nas vias
areas
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Equao de Poiseuille
= P. . r4
8 . .1
= o fluxo em unidade de volume/tempoP = a diferena de presso entre asextremidades do tubor = o raio do tubol = o comprimento do tubo= a viscosidade do fluido
14Biofsica da respirao
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( delta P ) e (r ) , favorecem odesenvolvimento de grandes fluxo
( l ) e ( ) , oferecem granderesistncia e dificuldade
( r ) maior influncia na determinao dofluxo
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A movimentao dos fluidos : regio de >P para a de < P.
Inspirao = P do meio > P que alveolar
Expirao = P alveolar > P que do meio
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Escoamento do ar nas vias areas
Inspirao Expirao 17Biofsica da respirao
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Tipos de escoamento
Laminar ; fluido move-se em camadas
Turbulento ; fluido desenvolveredemoinhos, e no h organizaomecnica
Misto ; envolve tanto o laminar comoo turbulento
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O nmero de Reynolds, dado pelaexpresso:
N= v . d .
N= nmero de Reynoldsv = velocidade mdia do fluidod = dimetro do tudo = densidade do fluido= viscosidade cinemtica do fluido
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Foras envolvidas no escoamento
Foras elsticas ( parede torcica e dospulmes)
Resistncia ( viscosa do ar, turbulncia,alterao de volume e forma dos rgos)
Foras de atrito
Foras necessrias para vencer a inrciados sistemas mveis
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Descoberta de Bernoulli
Relao inversa entre (v) do fluxoareo e (P) que o gs exerce sobre a
parede interna da tubulao
Brnquios estreitos, enfisema
pulmonar
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Medidas Espirogrficas
Biofsica da respirao 22
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Medida do ar que entra e sai dopulmo;
Teste que auxilia na preveno epermite diagnstico e qualificao dedistrbios respiratrios;
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MedidasEspirogrficas
1. Volume corrente: volume
de ar inspirado durante
um ciclo respiratrio;
500ml
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MedidasEspirogrficas
2. Volume de reservainspiratria: quantidade dear que pode ser
movimentada alm dovolume corrente duranteesforo mximo
3000ml
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MedidasEspirogrficas
3. Volume de reserva expiratria: o
volume mximo adicional de ar que
pode ser eliminado por expiraoforada, aps o trmino da expirao
corrente.
1100ml
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MedidasEspirogrficas
4. Volume residual: O arque no pode ser
expulso do pulmo.
1200ml
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MedidasEspirogrficas
5. Capacidade pulmonartotal = volume de reservainspiratria + volume
corrente+ volume dereserva expiratria +volume residual
5800ml
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MedidasEspirogrficas
6. Capacidade vital =volume de reservainspiratria + volumecorrente + volume dereserva expiratria
4600ml
29Biofsica da respirao
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MedidasEspirogrficas
7. Capacidadeinspiratria = volume
de reserva inspiratria+ volume corrente
3500ml
30Biofsica da respirao
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MedidasEspirogrficas
8. Capacidade residualfuncional = volume
residual + volume dereserva expiratria
2300ml
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Os volumes e capacidades variam com o sexo,
raa, idade, superfcie corporal, superfcie
cutnea, postura e em algumas doenas.
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Espirometria em doenas
Doena Pulmonar ObstrutivaCrnica (DPOC)
Pneumopatias Restritivas
Volume Residual eCapacidade residualfuncionalCapacidade Vital normal ou
diminuda
Capacidade Pulmonar Total eCapacidade Vital
Perda da extensibilidade e
reduo da complacnciapulmonar
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Espirograma
Registro grfico do volume de ar expirado,
em que o coeficiente angular da curva
determina a cada ponto a velocidade do
fluxo.
34Biofsica da respirao
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importante conhecer os dados:
1. Volume expiratrio forado no
primeiro segundo (VEF1);
2. Velocidade mxima do fluxo
expiratrio (FEFmx);
3. Velocidade mxima do fluxo
expiratrio forado mdio
(FEF25%-75%), que medido pela
inclinao da reta que liga ospontos correspondentes a 25% e
75% do volume total expirado.
35Biofsica da respirao
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Ala fluxo-volume
Um registro feitoestudando a funopulmonar, em que ofluxo expirado fica
no eixo dasordenadas e ovolume expirado naabcissa. utilizado
para a deteco dedoenasrespiratrias.
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Exemplo: Paciente com asma brnquicaCapacidade vital
Velocidade mximado fluxo expiratrio
Velocidade mximado fluxo expiratrioforado mdio
Volume expiratrioforado
Volume expiratrio mximo;
Fluxo mximo de ar expirado
37Biofsica da respirao
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O esforo das pleuras
Durante a inspirao, os pulmesseguem o movimento da caixa torcicagraas ao lquido que se encontra noespao pleural. Esse lquido composto
basicamente por gua e sais.
Molhando as pleuras:
as foras de adeso > as foras de coesoFora entre
molcula de lquidoe da superfcie
Fora entre molculasde lquido
38Biofsica da respirao
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O comportamento elstico das
estruturas envolvidas com arespirao
Biofsica da respirao 39
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A energia da contrao dos msculos
inspiratrios gasta para acelerar o arno interior das vias areas
Quando + Pulmo expandido > foraelstica
40Biofsica da respirao
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A dependncia entre a fora elstica e
estiramento foi estudada por Hooke, queestabeleceu a clssica expresso:
F = - K . x
- K = constante elstica da molax = a variao de comprimento da moladeterminada pelo efeito deformante
41Biofsica da respirao
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Os corpos elsticos, submetidos aesforos deformantes muito intensos,sofrem grande alterao de forma.
Fora deformante limite e tenso deruptura
42Biofsica da respirao
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Elasticidade X Extensibilidade
Elasticidade : propriedade que oscorpos possuem de retomar a suaforma inicial.
Extensibilidade : Propriedade quepermite aos corpos serem deformados
43Biofsica da respirao
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A constante elstica (k) , depende doesforo e da natureza e geometria domaterial :
K = . Sx
= coeficiente de elasticidade especfica
do materialS= rea da seco transversa do corpox= comprimento inicial do corpo
44Biofsica da respirao
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O comportamento elstico dos corpos variacom o tipo de esforo a que ele estsubmetido:
TraoCompressoFlexoToroCisalhamento
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A COMPLACNCIA
PULMONAR
46Biofsica da respirao
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Propriedade de rgos ocos elsticosaumentarem de volume quandosubmetidos uma determinada
presso.
Inversamente proporcional
constante elstica K do corpo
Medida em litros/ cm H2O
47Biofsica da respirao
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COMPLACNCIA ESPECFICA
valor da complacncia no volume de pulmodisponvel.
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Em algumas patologias a parede dosalvolos pode ser substituda portecido fibroso reduzindo a capacidade
de absoro de ar
J o enfisema pulmonar faz com que aparede dos alvolos perda o tnuselstico o que pode aumentar acomplacncia pulmonar
49Biofsica da respirao
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TENSO SUPERFICIAL
Todo lquido posto em contato com umgs, forma uma membrana elstica nainterface gs-lquido.
As molculas no interior do lquidosofrem atrao entre si, onde todas asforas se anulam, porm as que esto na
superfcie sofrem apenas interaeslaterais e para baixo, formando umatenso que forma uma pelcula.
50Biofsica da respirao
MEDIDA DA TENSO
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MEDIDA DA TENSOSUPERFICIAL
Experimento de Maxwell
51Biofsica da respirao
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Balana de Lecompte de Nouy
Balanas modernas
52Biofsica da respirao
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TENSO SUPERFICIAL
2 casos:
1 lquidos que molham superfcies
2 que no molham a superfcie
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C id d i
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Consideremos os dois casos
1 2
54Biofsica da respirao
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No primeiro caso
O que faz o lquido aderir s paredes a tenso superficial.
Esta fora tangente superfcie do
lquido.
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El d d t 2
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Ela pode ser decomposta em 2foras
A componente horizontal nula
A componete vertical pode serexpressa como:
56Biofsica da respirao
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Esta resultante igual a forapeso:
R = P
57Biofsica da respirao
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Como a densidade de um lquido dada por:
Ento:
58Biofsica da respirao
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Mas o volume de um lquido dadapela rea da base vezes a altura (h),ento temos:
Logo:
59Biofsica da respirao
Substituindo a 1 equao
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Substituindo a 1 equaotemos:
Isolando temos:
60Biofsica da respirao
Fatores que alteram a tenso
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Fatores que alteram a tensosuperficial
Temperatura;
Adio de detergentes e sais.
61Biofsica da respirao
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Surfactante Alveolar
Biofsica da respirao 62
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Presso total de retrao pulmonar. a soma produzida peloscomponentes elsticos do parnquima pulmonar adicionada pressao deretrao produzida pela tenso superficial do lquido alveolar
Pt = Pe+ Pts
Ptpresso total de retrao pulmonarPe- componentes elasticosPts-tenso superficial
.Os clculos tericos mostraram que Ptsdo lquido intra-alveolar igual a20.000d/ cm. Esse valor foi obtido considerando a proposio de Laplacepara esferas elsticas e considerando os seguintes dados.
. Numero de alveolos300 milhes
.diametro dos alveolos- 300 um
.ts do liquido intra alveolar- 50d / cm
63Biofsica da respirao
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Experimento de von Neegaard e deClements.
A presso traqueal capaz de equilibrar umpulmo com insuflao mxima vale20cmH2O.Essa figura mostra dois comportamentosprprios desse rgo.
.um mesmo incremento de presso traquealproduz maior variao do volume pulmonarquando o pulmo esta desinsuflado do quequando esta insuflado.
.a presso de retrao pulmonar mximaproduzida pelos componentes elsticos doparnquima pulmonar foi aproximadamentemetade daquela produzida quando havia
tenso superficial alveolar 64Biofsica da respirao
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Quando o pulmo esta desinsuflado, a presso total de retraopulmonar, de 2 a 5cmH2O. Essa presso , 4 a 10 vezes menor que apresso traqueal que mantm o pulmo cheio.
Como a presso mxima de retrao do pulmo insuflado
praticamente igual a presso de retrao de tenso superficial doliquido alveolar, pode-se concluir que no pulmo vazio, a tensosuperficial do liquido alveolar 4 a 10 vezes menor que a do pulmocheio.
Raciocinando com esses fatores Clements concluiu que deveria existirno liquido alveolar uma substncia tensoredutora. A funo dessesurfactante seria fazer variar a tenso superficial do liquido intra-alveolar de acordo com o volume do alvolo
65Biofsica da respirao
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Para testar sua hiptese,Clements
&Tierney(1965) contruiram umaparelho para medira tensosuperficial de lquidos durante aexpanso e compresso da suasuperfcie livre.
C - cuba
Embolo mvelPplaca de platinaTtransdutor defora
66Biofsica da respirao
C i i d f t t
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Composio qumica do surfactante.O surfactante composto por uma combinao de tensoredutoras,sendo 85% fosfolipdios, 5% de lipdeos neutros, 10% de protenas.
Funes e produao do surfactante.As protenas de alto peso molecular exercem sua funao emcooperao com os fosfolipidios para criar propriedadestensoredutoras. Os peptideos tem papel importante na manutenodo filme surfactante sobre o alveolo
Nos pneumcitos tipo II o surfactante armazenado em organelaschamadas de corpos lamelares
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Funopromover estabilidade dos alvolos, bactericida
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p ,
A liberao de surfactante proporcional ao volume-corrente,mas no freqncia respiratria.
Existncia de dois pools de surfactante: o primeiro contmmenor volume da substancia tensoredutora, responde prontae rapidamente a agonistas edrenrgicos tipo B2, enquanto osegundo tem maior volume e responde mais lentamente.Aliberao deste depende, basicamente, ao volume-corrente.
Mecanismo tensoredutor do surfactante.
Quando o alveolo esta comprimido, o surfactante presente nasuperficie livre relativamente altae, pr isso, a tensao doliquido alveolar baixa.Todavia, quando o alveolo esta
expandido, sua superficie interna grande e a area desuperficie livre do liquido alveolar tambem grande.O liquido alveolar aumenta sua area livre trazendo moleculasde agua do seu interior para sua superficie.Com isso, acontribuiao das moleculas do surfactante diminui, e osvalores da tensao superficial fica prximo a 50d/cm
68Biofsica da respirao
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Experimentos de Laplace
Marqus de Laplace estudando ocomportamento das bolhas de sabo,observou, que a parede de cada
bolha formada por duas superfciesque determinam esferas de raiosdiferentes.
Estabeleceu que:
P= T 1 + 1R1 R2
69Biofsica da respirao
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Comportamento Laplaciano das bolhas de sabo
A bolha ao se formar na extremidadedo tubo inicialmente decresce de raio.A partir de um determinado raio
mnimo,o raio passa a crescerprogressivamente a medida que ela vaisendo inflada.A curva do grfico representa osvalores da presso interna, necessriopara manter o volume da bolha.
Inicialmente, a presso crescerapidamente, mas a partir de B ,quanto maior se torna o volume dabolha, menor a presso necessriapara estabiliz-la
70Biofsica da respirao
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Surfactante e ventilao dos alvolos
Os alvolos pequenos devem exercer uma presso maior do queos alvolos grandes , considerando que estes estointerconectados pelos tubos respiratrios,seria, impossvelventilar os alvolos pequenos caso no existisse o surfactantepulmonar,pois a insuflao de ar expandiria, preferencialmente,os maiores.
Esse fenmeno seria alimentado por um feedback positivo, poisquanto mais aumentassem , menor seria a resistncia para
enche-los e mais ar seria por eles sequestrado.
Assim o surfactante ao reduzir a tenso superficial dos alvolospequenos e ao elevar a dos grandes, equilibra, e permite que ofluxo de ar seja constante
71Biofsica da respirao
S f t t d t l i
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Surfactante e sndromes patolgicas
Distrbios da produo ou eliminao de surfactante
pulmonar:
Sndrome da membrana hialianaProteinose alveolarEmbolia pulmonarPulmo de choque Na sndrome da membrana hialiana , a produo
de surfactante deficiente em relao a que ocorreno pulmo normal, tornando a fora de retraoalveolar alta, e dificultando a respirao
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A proteinase alveolar tem causad h id t i d i
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7/22/2019 Seminario Biofsica da respiraao
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desconhecida, esta associada a micosepulmonar.Nesta doena o surfactante encontra-seem excesso, devido a grande produo
ou de uma menor eliminao.Como resultado disso, h uma maiorpassagem de lquido para os alveolos,produzindo-se edema pulmonar
73Biofsica da respirao
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O pulmo em choque e a Embolia pulmonar,levam a estados de hipxia tissular, einterferem nos mecanismos de produo e
eliminao do surfactante, conduzindo aalteraes mecnicas e imunolgicas da funonormal do pulmo