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HEMODINÂMICA

Hemodinâmica é definida como o conjunto de fatores físicos que governam o fluxo sanguíneo. O fluxo sanguíneo, como o fluxo de qualquer líquido, é governado pela lei de Ohm aplicada aos fluidos e pela equação de Bernoulli. A hemodinâmica está interessada em forças geradas pelo coração e o movimento de fluidos através do sistema circulatório. Para analisar o movimento do sangue nas artérias e veias precisamos aplicar o conceito de pressão de um fluido. A conservação da energia no movimento de um fluido permite uma análise da variação de pressão e da velocidade de deslocamento do fluido.

Fluxo: representa o volume do fluído (sangue) deslocado em função do Tempo.

Vol = L3 Velocidade (V) = L / t ou V = L . t-1 Área (A) = L x L ou A = L2

Podemos representar o Fluxo da seguinte maneira:

Definição Fisiológica: Fluxo = Vol / Tempo (t) => Fluxo = L3 / t ou Fluxo = L3 . t -1a)

Definição Biofísica: Fluxo = Velocidade (V) x Área (A) => Fluxo = L . t-1 . L2 => Fluxo = L3 . t-1b)

F = Fluxo A = área L = Espaço V = velocidadet = Tempo

Legenda:

Princípio da Continuidade de Fluxo

Imagine um vaso condutor, cuja área seccional varia, tendo uma área seccional A1 maior do que uma outra área seccional A2, onde circula um fluido ideal, não viscoso, que não tenha atrito com as paredes dos vasos (considerando um sistema ideal), pode-se afirmar que o fluxo que circula na secção A1 é o mesmo fluxo que circula na secção A2 (V1 x A1 = V2 x A2), isso significa dizer que o produto da velocidade pela área é uma constante (V x A = constante [K]), em outras palavras, se um fluido entrar numa área de secção maior, para que o fluxo permaneça constante a velocidade deve diminuir ; se o fluxo entrar numa área menor (se a área diminuir) para que o fluxo permaneça constante a velocidade deve aumentar. Não havendo diferença entre a área de duas secções (A1 = A2) a velocidade permanecerá a mesma (V1 = V2). Isto é o que garante o princípio da Continuidade

Exemplo:

Biofísica II -03-02-2011

Aula 03/02/2011quinta-feira, 16 de dezembro de 201021:14

Página 1 de Biofísica II

O exemplo da figura acima não é mostrar a trajetória do sangue, mas demonstrar como varia a área nos vasos sanguíneos. Neste exemplo podemos observar a área total é máxima na região dos capilares e na região das grandes artérias é pequena, a partir da ramificação das artérias a área vai crescendo, chegando ao máximo no território capilar. Este raciocínio vale tanto para a Grande Circulação quanto para Pequena Circulação.

Deste modelo podemos fazer algumas inferências baseados no Princípio de Continuidade:

A tabela acima mostra como é que varia a velocidade e a área de diferentes territórios da circulação. Assim, podemos verificar a velocidade e a área estão variando de um território para outro, mas se fizermos o produto da velocidade pela área (V x A) que é o Fluxo (F = V x A)

Fluxo Estacionário


para outro, mas se fizermos o produto da velocidade pela área (V x A) que é o Fluxo (F = V x A) verificaremos que quase não existe variação, só não é a mesmo porque os valores são aproximados.

Note que o Fluxo que passa na Aorta não é o mesmo que em um único Capilar, mas no somatório de todos os capilares.

FAorta ≠ FCapilares FAorta = ΣFCapilares

Diante do exposto podemos concluir que o Fluxo Estacionário tem como base física o Princípio da Continuidade.

A circulação tem um comportamento que se aproxima do sistema ideal. Veja, imaginemos a figura abaixo como o sistema circulatório. Se este sistema fosse ideal, bastaria que o coração desse uma sístole que o fluxo jamais pararia, mas sabemos que o sistema circulatório é real, mas chegamos a um resultado final que é semelhante ao sistema ideal, porque mesmo sabendo que a circulação tem atrito, tendendo para que o fluxo pare ou lentifique devido ao atrito, só que este não pára o fluxo, pois a energia mecânica do sangue é periodicamente renovada pela contração cardíaca, portanto, teremos um fluxo se mantendo indefinidamente pela renovação da energia mecânica realizada pelo coração.

Lei do Regime Estacionário

O fluxo de sangue que sai do coração deve ser idêntico ao fluxo que volta ao coração, valendo tanto para grande circulação (sistêmica) como para pequena circulação (pulmonar).

A Lei do Regime Estacionário deve ser preservada, se ela for quebrada o sistema caminhará para um edema ou na circulação pulmonar ou na circulação sistêmica.

O Fluxo que sai do coração através da Aorta é chamado de Débito Cardíaco. Em condições de repouso este Débito Cardíaco vale 5 litros de sangue por minuto.

Esta Lei do Regime Estacionário repousa sobre outra Lei chamada de Mecanismo de Frank Starling que diz: Dentro dos limites fisiológicos o coração bombeará todo sangue que nele chegar, sem permitir retenção de sangue nos vasos, ou seja, se for fornecido 5 litros/min ao coração será bombeado a mesma quantidade, se der 10 bombeará 10, se der 15 bombeará 15, até o limite fisiológico.O coração tem a capacidade de não permitir a retenção de sangue nos vasos, pois ele é uma bomba que se adapta ao volume de sangue que for dado para ser bombeado, mantendo, em parte, o fluxo adequado. Isto é garantido porque há um estriamento maior nas fibras do miocárdio devido ao maior volume do sangue, representando em uma maior energia potencial armazenada, proporcionando uma maior força elástica, dando conta a esse excesso de sangue.Assim, podemos dizer que o Mecanismo de Frank Starling é quem mantém o Regime Estacionário. Ou seja, podemos dizer que o Regime Estacionário é mantido pelo coração, sendo o coração o salva guarda deste regime, se o coração falhar o Regime Estacionário é quebrado, ocasionando edema.


Débito Cardíaco = Vol. Bombeado / Batimento

Débito Sistólico = Vol. Bombeado / minuto

Edema Pulmonar (Pequena Circulação): O edema pulmonar é uma das mais graves emergências circulatória, e sua gênese deve-se ao desrespeito ao regime estacionário. No edema pulmonar, a quantidade de sangue que entra na pequena circulação é maior que a que sai. Isso pode ocorrer por aumento da resistência à circulação, por falha da bomba cardíaca. Esse acúmulo de sangue (denominado estase ou estagnação sanguínea) impede as trocas gasosas, e tende a sair pelos alvéolos, afogando o paciente no próprio plasma. O processo é agudo. Calcula-se que uma estase de 1% durante 10 minutos é mortal.



EQUAÇÃO DE BERNOUILLI

É uma equação que nos ajuda a entender algumas anomalias do Fluxo, principalmente a estenose e o aneurisma. A equação descreve a energia total que um fluido qualquer apresenta quando ele escoa dentro de um condutor.

A figura mostra um escoamento de um fluido de um ponto ao outro, da secção 1 (P1), mais larga, para secção 2 (P2), mais estreita. Assim teremos:

ET = EC + EP + P => Equação de Bernouilli

Temos:

EC = (m . V2) / 2 ... d = m / Vol => EC = (d . V2) / 2

EP = m . g . h ... d = m / Vol => EP = d . g . h

ET = [(d . V2) / 2] + d . g . h + P

Substituindo:

Considerando as áreas da figura:

ET1 = [(d . V12) / 2] + d . g . h1 + P1

ET2 = [(d . V22) / 2] + d . g . h2 + P2

ET1 = ET2 => [(d . V12) / 2] + d . g . h1 + P1 = [(d . V2

2) / 2] + d . g . h2 + P2 =>

=> [(d . V12) / 2] + P1 = [(d . V2

2) / 2] + P2 => EC1 + P1 = EC1 + P1 =>

=> EC + P = (K) constante

No Escoamento Ideal teremos:

Aula 10/02/2011quinta-feira, 10 de fevereiro de 201118:13


Na Figura 5A temos representado uma Estenose (estreitamento da luz do vaso), considerando um escoamento ideal, desconsiderando o atrito, observa-se o fluido em Q2

entra em uma região de menor área (estenose). Já sabemos, pela teoria do Fluxo Estacionário, que quando há diminuição do vaso (A1 > A2) há um aumento da velocidade (V1 < V2), agora analisando pela equação de Bernouilli, quando a velocidade aumenta e a Energia é conservada, existe a necessidade do sistema perder alguma coisa, que será a Pressão. É exatamente o que diz a Equação de Bernouilli, ou seja, quando a energia é conservada, se um fluido caminhar em Energia Cinética (ganhar velocidade), para energia permanecer conservada o fluido deve perder pressão. Concluímos que quando um fluido passa numa região de estenose a pressão que ele exerce diminui (observado pela altura das colunas na figura 5A) - h1 > h2. Esta variação de pressão do fluido, observada quando a área do condutor varia, é chamada de Efeito Venturi.

Efeito Venturi (para pequenos seguimentos): A pressão do fluido diminui quando este fluido aumenta sua velocidade quando passa por uma estenose. Este efeito de Venturi não é só de líquidos, mas também de gases. Observa-se este efeito nos bronquíolos, por exemplo: se houver um bronco espasmo e a área bronquiolada diminuir, devido a contração dos brônquios, terá uma diminuição da área, diminuindo a área sabemos que pelo Princípio de Continuidade aumenta-se a velocidade nesta região que está sofrendo o espasmo, este aumento da velocidade pela equação deBernouilli provoca uma diminuição da pressão de tal modo que pode produzir uma ataléctasia, ou seja, um colabamento dos alvéolos.

A compensação de energia depende da velocidade e da pressão, se um aumentar o outro tem que cair, senão a energia se altera, conservando-se a energia.

O mesmo ocorre com o aneurisma, quando o fluido entra em uma secção de maior área, pelo Princípio de Continuidade, se a área aumentou, a velocidade tem que diminuir, o sangue circula mais lento dentro do aneurisma, pela Equação de Bernouilli, se este fluxo é mais lento dentro do aneurisma a pressão deverá crescer, atendendo ao Princípio de Conservação de energia dos fluidos (quando perde velocidade, ganha-se em pressão), sendo que este aumento da pressão gera um ciclo vicioso, pois o amento de pressão irá dilatar ainda mais o aneurisma, aumentando cada vez mais, a dilatação do aneurisma vai aumentado também, até o resultado de uma ruptura do aneurisma. Fisicamente o aneurisma tende a romper no ponto de maior pressão.

Deve-se fazer algumas ressalvas para não utilizar o raciocínio equivocadamente. Cuidado para não cometer um grave equívoco, como neste exemplo: No território capilar é aquele que apresenta maior área, como a área é maior, pelo Princípio da Continuidade, a velocidade deve ser mínima nos capilares, pela Equação de Bernouilli, como a velocidade é muito baixa nos capilares, a pressão deve aumentar, conclui-se que a pressão dos capilares é maior do que nas artérias. Este raciocínio é totalmente equivocado, ele estaria correto se a circulação fosse um sistema hidráulico ideal, sem considerar o atrito existente nos vasos.

Fica uma pergunta: "Por que pode-se aplicar a Equação de Bernouilli em uma estenose, mas não se deve aplicar no plano geral circulatório?" A resposta é simples: deve-se aplicar a


não se deve aplicar no plano geral circulatório?" A resposta é simples: deve-se aplicar a Equação de Bernouilli em pequenos segmentos de vasos, mas não se deve aplicar o efeito sistemicamente, pois quando se está analisando pequenos segmentos de vasos a perda de energia é muito pequena, onde o comportamento real se aproxima do comportamento ideal, mas quando analisa-se sistemicamente, tratando de grandes distâncias o desvio entre o real e o ideal é muito grande, perdendo, a Equação de Bernouilli, a validade no sistema como um todo.

A pressão nos capilares é excessivamente menor porque no sistema real, desde que o sangue deixa o coração e vai passando pelos vasos até chegar nos capilares, ele vai perdendo sua energia mecânica.

Pressão Hidrostática ≠ Pressão Hidrodinâmica

Quando se fala em energia de um fluido, deve-se diferenciar o que é energia potencial gravitacional do que é energia potencial de pressão.

No exemplo (A) acima, temos uma visão lateral de um vaso, sabemos que nesta tubulação o sistema é real, portanto existe energia dissipada em atrito (sentido contrário ao movimento do fluxo do fluido). Na circulação se tem dois tipos de energia potencial operando, temos a Potencial de Pressão (EP) e a energia Gravitacional (EG). Dentro dos vasos existe pressão, distribuindo-se do centro para periferia, distribuição radial, onde a Energia Potencial de Pressão será a mesma.

Na figura C, mostra-se diversas energias num fluxo ascendente e descendente (ex.: aorta descendente), onde a energia Gravitacional terá o mesmo sentido do fluxo, ou seja, a gravidade ajuda a circulação arterial abaixo do coração, sendo a gravidade favorável ao fluxo sanguíneo.

Na figura D, teremos uma semelhança com os vasos do sistema venoso (retorno venoso), onde a única energia favorável ao fluxo é a Energia Cinética, sendo a Energia Gravitacional e do atrito contrária, desfavorável a circulação sanguínea.

Isso explica o desenvolvimento dos edemas, pois para o sangue voltar ao coração se deve ter uma Energia Mecânica, caso contrário o sangue ficaria parado, gerando o edema.

Temos que levar em consideração, também, a circulação acima do coração, onde o sangue arterial que deve chegar ao encéfalo deve vencer a energia gravitacional, ou seja, a energia gravitacional é favorável na circulação arterial abaixo do coração, mas desfavorável na circulação venosa abaixo do coração, invertendo-se na circulação acima do coração.

O Fluxo sanguíneo existe porque existe a sístole do coração, pois quando o coração se contrai realiza trabalho, produzindo energia, transferindo esta energia para o sangue, realizando o fluxo sanguíneo.


O fluxo não para na diástole porque parte da energia gerada na sístole é armazenada nas artérias, mantendo o fluxo na diástole. A Energia Potencial de Pressão é armazenada pelo corpo (artéria), onde mesmo com a parada do trabalho do coração, na diástole, a circulação sistêmica ainda terá condições de continuar até sua energia ser dissipada por completo ou ser renovada por uma nova contração sistólica. A energia Mecânica do sangue apresenta dois componentes principais: o cinético, representado pela velocidade, e a Energia Potencial de Pressão. Esta Energia Potencial fica armazenada na parede das artérias, quando vem a diástole parte dessa Energia Potencia é convertida em Energia Cinética mantendo o fluxo, impedindo que pare.

O gráfico acima mostra uma pressão arterial inicial (na Aorta) de 120/80 mm/Hg , com o movimento do sangue em direção as grandes artérias, depois as pequenas artérias, depois nas arteríolas, capilares e assim por diante, até voltar ao coração através das veias cavas, a pressão vai diminuindo gradativamente. Esta diminuição da pressão é explicada pelo atrito existente no sistema real. A medida que o sangue encontra resistência a pressão exercida sobre o vaso vai caindo, onde o atrito consome a energia mecânica.

Se a circulação fosse como um sistema ideal (sem atrito), bastaria apenas uma sístole para


Se a circulação fosse como um sistema ideal (sem atrito), bastaria apenas uma sístole para que o sangue nunca deixasse de circular pelos vasos.

O escoamento normal da circulação sanguínea ocorre de forma laminar, ou seja, dividido em camadas que circulam de forma silenciosa, como na figura abaixo, onde o líquido, quando escoado lentamente, desce silenciosamente em camadas. Quando sangue ultrapassa uma determinada velocidade crítica, o fluxo sanguíneo passa a ser turbulento e ruidoso (som chamado de sopro), como o que ocorre na bureta "B" com maior fluxo, onde é chamado de Fluxo Turbulento.

O Fluxo Laminar quando aumente seu movimento ultrapassando uma velocidade crítica passa a ser chamado de Fluxo Turbulento.

Velocidade Crítica é a velocidade limítrofe, a partir da qual o fluxo começa a entrar em turbulência, ou seja, começa a haver sopro na circulação

Essa Velocidade Crítica pode ser determinada matematicamente, dependendo da viscosidade do fluido, da densidade do fluido e do raio do vaso:

Fluxo Laminar ou Lamelar e Fluxo Turbulento


No exemplo acima se verificou a velocidade crítica, ou seja, a partir da Velocidade Crítica (Vc) de 42 cm/s o fluxo será turbulento.

O Fluxo Turbulento geralmente está associado a doenças com exceção do exercício físico.

Por que um aneurisma evolui fisicamente para ruptura?1)R.: No caso de um aneurisma, temos um alargamento do vaso, este alargamento aumenta a área diminuindo a velocidade (Princípio de Continuidade), como o fluxo é sempre constante nas regiões dos vasos, se em algum setor a área aumentar, para que o fluxo permaneça constante a velocidade deve diminuir, concluindo que na região do aneurisma o fluxo é mais lento, se a velocidade diminui o organismo vai aumentar a pressão (Princípio de Bernouilli), pois segundo este princípio a ET = EC + EP, ou seja, a ET é constante, aumentando a pressão no vaso vai aumentar novamente a área, entrando em um ciclo, até acontecer o rompimento do aneurisma.

Se a circulação fosse ideal, onde a pressão seria máxima? Justifique.2)

Questões para próxima aula


Biofísica II ...

FLUXO SANGUÍNEO

O Fluxo sanguíneo é normalmente laminar, mas pode se tornar turbulento, principalmente se a velocidade de fluxo aumentar superando a velocidade crítica. A velocidade crítica é o valor limite que separa o fluxo laminar do turbulento, acima deste valor o fluxo será turbulento.

Se o fluxo é turbulento, geralmente, é muito rápido. Há uma tendência do fluxo formar uma turbulência se a velocidade de fluxo aumentar. Um exemplo é nas fístulas atriais. O Fluxo Turbulento é chamado de Sopro.

Sopro = Fluxo Turbulento

Na Fístula Interatrial o sangue passa do coração de maior pressão para o de menor pressão, ou seja, no exemplo acima, o sangue vai esguichar do coração esquerdo para o coração direito, só que ao fazer esta passagem o sangue passa por um pertuito que é a fístula, de menor área, pelo Princípio de Continuidade se a área diminuir a velocidade deve aumentar, então este sangue que esguicha através da fístula passa em alta velocidade, gerando um fluxo turbulento, que é o sopro, que pode ser audível ao estetoscópio.

Então a principal característica do Fluxo Turbulento é a sua emissão de som, um fluxo audível.

É comum haver sopro em doenças valvulares, estenoses de válvulas cardíacas, que pode ser causada por febre reumática, que inflama a valva mitral diminuindo a sua luz, ficando mais estreito. Com isso, o sangue vai passar através da valva com maior velocidade, gerando um som, um sopro de nome específico: Ruflar Diastólico. Ruflar Diastólico é o sopro típico da estenose mitral. Recebeu este nome porque é audível no período de diástole, que é quando o átrio está injetando sangue no ventrículo, ou seja, é na diástole que o sangue flui através da valva estenosada.

Pode ocorrer sopro na circulação sistêmica, no caso de fístulas artério - venosas, que são comunicações anormais, geralmente traumáticas, entre artérias e veias. Havendo este tipo de fístula, o sangue esguicha da artéria para veia, como o gradiente de pressão é alto, o sangue esguicha com muita



esguicha da artéria para veia, como o gradiente de pressão é alto, o sangue esguicha com muita velocidade, superando a velocidade crítica de escoamento, gerando redemoinhos, fluxo turbulento, ou seja, gerando sopro.

Podemos também observar exemplo de fluxo turbulento nos casos de anemia severa e profunda, onde na anemia o sangue se torna menos viscoso, tornando-se mais fluido, mais fino, portanto, se ele se torna mais fino tenderá a circular com mais velocidade, nestes casos de anemia profunda é possível detectar sopro nas grandes artérias através de auscultas.

Este tipo de fluxo turbulento, relacionado a sopro, deve ser associado a situações de patologia, porque a fluxo na circulação é normalmente laminar, podendo se tornar turbulento em condições de esforço, mas voltando ao normal no descanso.

Este conhecimento é importante para medição da pressão arterial. Pelo método indireto, pode-se medir a pressão arterial diretamente, através da dissecação de uma artéria introduzindo no seu interior um cateter, ligar este cateter a um manômetro de mercúrio e medir diretamente. Mas a técnica indireta nos dá uma aproximação da pressão real.

Na medição indireta se utiliza um manguito (bolsa de ar) que é colocado em torno do braço do paciente, com o estetoscópio que é para audição e um manômetro para medição. No procedimento, o manguito é insuflado produzindo uma estenose artificial da artéria braquial, de tal maneira que a luz da artéria deve se fechar. Sabe-se que para que a artéria se feche a pressão do manguito deve ser superior a pressão arterial. Fechando a artéria, começa a esvaziar vagarosamente o manguito, começando a descompressão, permitindo a abertura de uma pequena estenose por onde flui um primeiro jato de sangue. Recorrendo ao Princípio de Continuidade, se o sangue vai passar através de um pertuito pequeno a velocidade vai aumentar, gerando uma alta velocidade de fluxo, superando a velocidade crítica, gerando um fluxo turbulento, onde este primeiro jato é um fluxo turbulento audível ao estetoscópio, ao auscultar este primeiro som deve considerar a pressão arterial sistólica. Para que esta primeira abertura ocorra é necessário que a pressão arterial sistólica seja ligeiramente maior do que a do manguito, considerando-se iguais (pressão do manguito = pressão arterial sistólica), sabendo-se a pressão do manguito através do manômetro é só marcar a pressão sistólica como a marcada no manômetro do manguito. Continuando a descompressão o ponteiro do manômetro vai caminhando, o ar escapando do manguito, abrindo a luz da artéria, pelo princípio de Continuidade, abrindo-se toda a luz da artéria o fluxo deve ser laminar, o fluxo voltando a ser laminar os sons desaparecem, então o desaparecimento dos sons é associado pressão arterial diastólica, que deve ser marcada pelo manômetro.

Assim, o primeiro som o fluxo é turbulento, teremos a pressão arterial sistólica, os sons desaparecem, pressão arterial diastólica.

1o Som = P.A. Sistólica Último Som = P.A. Diastólica


Os Sons de Korotkoff não são chamados de bulhas, ocorre em sincronia com a freqüência cardíaca.

A pressão arterial o primeiro som não é o mais forte, aumentando de intensidade na medida da abertura do manguito, quando o som registra uma maior intensidade a medida deve estar pela metade, passando a diminuir sua intensidade na segunda metade, até sumir.

O indivíduo é considerado hipertenso quando persistentemente se obtém as seguintes medidas da Pressão Arterial:

P.A.Sistólica ≥ 140 ou P.A.Diastólica ≥ 90

A pressão arterial média não é a média aritmética entre a PA Sistólica e PA Diastólica, pois o período de diástole é mais longo do que o período de sístole, ficando a medida média mais próxima dos valores diastólicos.

Isto justifica a maior preocupação com a hipertensão diastólica, sendo mais perigosa que a sistólica, ou seja, a parede das artérias está submetida a pressão Diastólica (PAD) muito mais tempo do que a pressão Sistólica (PAS).

A Pressão Arterial tende a crescer pelo fato da arteriosclerose, pois as artérias se comportam como tubos elásticos, este tubo sendo elástico contribui para diminuir a pressão. Com a arteriosclerose as artérias se tornam rígidas devido ao depósito de gorduras e calcificação das paredes, tornando-se rígidas, perdendo a capacidade de complacência, fazendo com que a P.A. cresça ao longo da vida.


A Lei de Poiseuille define o fluxo para sistemas reais, ou seja, sistemas como a circulação sanguínea, onde existe atrito. Esta lei diz que o Fluxo no sistema real depende diretamente dos seguintes fatores: ΔP - Gradiente de Pressão e r4 - raio do vaso. Ou seja se o gradiente ou o raio aumentar o fluxo tende a crescer. O Fluxo também é influenciado pelo ΔL - comprimento do tubo e pela η - viscosidade do fluido, onde o aumento destas medidas deverá diminuir o fluxo.

O ΔP no circuito hemodinâmico é dado pela P.A.Artérias - P.A.Veia Cava. Sabemos que a pressão media na artéria Aorta é de 100 mmHg (gráfico acima), o sangue percorre todo o sistema circulatório até chegar nas veias cavas, nestas veias a pressão é praticamente nula. Ou seja, o gradiente de pressão (ΔP) é simplesmente 100.

ΔP = PArtéria - PVeia Cava => ΔP = 100 - 0 => ΔP = 100 mmHg

Temos que entender que o ΔP depende essencialmente da pressão arterial , uma vez que nas veias cavas a pressão é praticamente nula.

Assim temos que a Pressão Arterial é quem controla o ΔP. Quando o sangue volta ao átrio pelas cavas, ele já perdeu toda a energia mecânica (quase toda), pois vai enfrentando atrito pelo caminho e vai perdendo a pressão.

Só existe fluxo porque existe o Gradiente de Pressão (ΔP). Há muitas situações em que diminui o fluxo porque diminui a Pressão Arterial como nas Hemorragias Agudas e graves, Choque Anafilático e até mesmo Dengue. No Choque Anafilático há uma liberação de Histamina, que é uma substância vaso dilatadora, produzindo uma vaso dilatação arteriolar que contribui para diminuição da Pressão Arterial. Quando há uma vaso dilatação, há uma diminuição a resistência do fluxo, pois aumentou o compartimento vascular, por isso que a pressão cai, conseqüentemente diminui o ΔP, que diminui o Fluxo, podendo levar a um colapso circulatório. Colapso Circulatório é o fluxo lento, que pode levar ao óbito.

Outra causa que pode levar a diminuição da Pressão Arterial é a diminuição da volemia, ou seja, se mantermos um compartimento com um mesmo volume, mas diminuirmos a volemia a PA deverá cair.

A adrenalina endovenosa pode reverter outros problemas do choque Anafilático, como o Edema de Glote e Bronquioespasmos, abrindo os brônquios, fechando as arteríolas, elevando a PA. Neste caso não só PA aumenta porque se fecha os vasos, mas porque aumenta a atividade do coração. A adrenalina vai aumentar o débito cardíaco, freqüência cardíaca e a força de ejeção.

A Hemorragia Aguda Grave pode diminuir o ΔP, porque se perde muito sangue, caindo a volemia, conseqüentemente, caindo a pressão nas artérias, diminuindo a pressão nas artérias vai diminuir o ΔP, diminuindo este vai diminuir o fluxo, podendo ocasionar colapso do sistema circulatório.

A Dengue pode levar a diminuição do ΔP, pois uma das complicações da Dengue é a efusão de plasma, que ocorre nas infecções repetidas (vários episódios de dengue em um curto espaço de tempo). Sendo a queda da P.A. um dos alertas da Dengue, pois a PA cai pela resposta imune do próprio organismo ao vírus, essa resposta imune, entre outras coisas, aumenta a permeabilidade dos vasos ao plasma, onde o organismo começa a perder líquido para o interstício (efusão de plasma) que vai diminuir a volemia, caindo a PA. Por isto que a queda da PA é um dos alertas para pessoa com dengue, onde o individuo deverá ser internado de imediato.

Outro fator importante para o Fluxo é o Raio do vaso (r), um detalhe importante é que este raio está elevado a 4a potência (r4), onde este detalhe matemático põe uma grande importância fisiológica, significando que qualquer mudança no raio (r), por mais discreta que seja, modifica enormemente o fluxo.


fluxo.

No exemplo acima, considerando os outros fatores constantes, se o raio é 1 (14 =1) o fluxo é de 1 ml/min, se o raio for para 2 (24 = 16) o fluxo é de 16 ml/min, ou seja, aumentando só uma unidade, o fluxo aumenta muito, se o raio passar para 4 (44 = 256) o fluxo passa para 256 ml/min, verificando-se que o raio (r) tem uma relação exponencial com o fluxo.

Fisiologicamente o aumento e diminuição do raio de um vaso ocorre pela vaso dilatação ou vaso contrição. Na maioria das vezes este mecanismo consegue controlar o fluxo. Ou seja, no músculo, durante o exercício, que precisa de mais sangue, é suficiente uma vaso dilatação, mesmo que seja pequena, aumentará muito o fluxo. Esse mecanismo, também, consegue desviar o sangue para determinados territórios circulatórios, como acontece após a refeição, pois é necessário um maior fluxo de sangue nas vísceras, pode ocorre uma vaso constrição do músculo que não está sendo utilizado no momento e fazer uma vaso dilatação nos vasos das vísceras, no Plexo Mesentérico, desviando o sangue dos músculos para as vísceras. Isto acontece, sobretudo, nas arteríolas, porque de todos os vasos, as arteríolas são aquelas capazes de maior mobilidade, sendo essenciais no controle da PA. Porque se elas se fecharem (vaso constrição) a tendência do fluxo e diminuir, mas a da PA é aumentar.

Havendo uma vaso constrição periférica a PA aumenta porque o compartimento irá encolher com a mesma quantidade de sangue dentro dos vasos, ocasionando o aumento da PA, o inverso acontecerá com a vaso dilatação.



Aplicação Prática da Lei de Poiseuille:

O exemplo abaixo se tem que ter o cuidado de deixar as unidades no Sistema Internacional:

Vimos que variações discretas do raio do vaso modificam enormemente o fluxo, porque o raio está elevado a 4a potência. Também vimos a importância da viscosidade e do comprimento do tubo.

S

↑ΔL

Numa circulação extra corpórea (hemodiálise - veia a veia) há uma variação do comprimento do sistema circulatório (↑ΔL) , esta variação (pela Lei de Poiseuille) irá interferir no Fluxo, então para que o Fluxo (↑ΔL => ↓F) não diminua neste desvio existe uma bomba (máquina centrífuga da hemodiálise) que reinfunde o sangue com uma certa pressão aumentada, compensando a diminuição do Fluxo pelo aumento na variação do tubo (sistema circulatório).

Doenças que aumentam a Viscosidade do sangue diminuem o Fluxo.



Doenças que aumentam a Viscosidade do sangue diminuem o Fluxo.

A Viscosidade quanto maior for, maior será o atrito com as paredes do tudo (o sangue é um líquido viscoso). O gráfico acima mostra que a viscosidade do sangue é normalmente 4 vezes superior a viscosidade da água.

Normalmente a viscosidade do sangue depende da proporção de hemácias que existente no sangue (hematócrito).

Hematócrito é um dos parâmetros do Hemograma indicando a proporção de hemácias no sangue.

Sang

ue Pla

sma

Hemácias

60%

40%

10.000 rpm

5 min.

Centrifugação

Se pegarmos um tubo com sangue e centrifugarmos este tubo, as hemácias vão para o fundo do tubo, ficando a parte do plasma por cima, sobrenadando. Estas hemácias que ficam no fundo dão a medida do Hematócrito.

Estas hemácias são as responsáveis pela viscosidade do sangue, quanto maior for esta proporção em relação ao plasma, mais viscoso será o sangue. Acaso um sujeito tiver uma diarréia, perderá muito líquido, diminuindo o plasma, se a proporção entre as hemácias e o plasma aumenta a viscosidade também aumentará.

A Polissemia é uma doença que aumenta a viscosidade do sangue, podendo chegar até 70% de hemácias no sangue, no sangue normal o hematócrito é de 40%, este aumento na viscosidade vai diminuir o Fluxo Sanguíneo . Assim, se a viscosidade crescer o fluxo deverá diminuir, são inversamente proporcional (↑η => ↓Fluxo). Este fator causa suscetibilidade a trombose devido ao fluxo lento, o sangue circula mais lentamente tendendo a se solidificar, formando trombos. O dente de polissemia tem características opostas ao da anemia profunda. Nestas condições em que o hematócrito sobe o fluxo torna-se lento, favorecendo o aparecimento de trombose e embolia.

O sangue pouco viscoso aumenta o fluxo sanguíneo, ocorrendo na anemia severa. Nestes casos de anemia pode-se perceber o sopro circulatório, pois aumentando o Fluxo a velocidade aumenta, predispondo ao fluxo turbulento.

O Fluxo é diretamente proporcional ao Gradiente de Pressão (ΔP), por isso o fluxo é artéria - veia e não


O Fluxo é diretamente proporcional ao Gradiente de Pressão (ΔP), por isso o fluxo é artéria - veia e não ao contrário, pois a pressão é maior nas artérias, onde o fluxo vai da maior pressão para menor pressão.

ΔP = PA - PV

Note que se o ΔP for nulo (ΔP = 0) não haverá fluxo, ou seja, se a Pressão fosse a mesma nas artérias e nas veias não haveria fluxo sanguíneo.

Outro fator muito importante que controla o fluxo é o raio (r) do vaso, onde variações discretas no raio podem modificar enormemente o fluxo.

Fisiologicamante a variação na pressão ocorre através dos processos de vaso dilatação e vaso constrição.

O cumprimento do tubo no sistema aberto percebe-se o efeito do fluxo. No exemplo acima, o tubo L1

mais longo e o L2 mais curto (L1 - 2.L2), sendo o fluxo mais rápido no tubo de menor comprimento (L2). Isto é explicado porque o tubo mais longo existe mais área de atrito fazendo com que o fluxo perca mais energia, diminuindo.

Na circulação, onde existem muitas outras variáveis, esta equação não funciona bem. Poderemos determinar a Resistência de outra forma, através a Lei de Ohm. Porque, se o fluxo é a razão entre Pressão e Resistência, esta é a razão entre a Pressão e o Fluxo.

Por analogia a Lei de Ohm, nesta o Fluxo é análogo a Corrente Elétrica e o Gradiente de Pressão é análogo a Diferença de Voltagem.

Na Resistência Periférica foi criada uma unidade incoerente de medida, chamada de unidade R, pois ela não pertence ao Sistema Internacional, nem a outro sistema de medida. A unidade R é a razão entre a mmHg / ml.s-1.


Uma unidade R é o valor fisiológico normal da Resistência, ou seja, a Resistência vale fisiologicamente 1 unidade R.

O problema abaixo exemplifica a Resistência em uma pessoa hipertensa:

Resistência da Circulação Sistêmica Aórtico - Cava

Quando se calcula a Resistência Aorta - Cava, aumenta-se o tamanho do tubo, por isso a Resistência (R) Aorta - Cava é maior do que a Resistência (R) Aorta - Capilar

RAorta - Capilar = 1 RRAorta - Cava = 1,2 R => maior comprimento do tubo


Biofísica II ...

BIOFÍSICA DA RESPIRAÇÃO

A Biofísica da Respiração é a mecânica que provoca o movimento de inspiração e expiração.

A respiração no homem é feita graças a um complexo aparelho formado pelas vias aéreas, pulmões e sistema de movimentação da caixa torácica.

Os pulmões são órgãos muito extensíveis, pois neles há um acúmulo de energia potencial elástica, que é fundamental para promover a retração do órgão durante a expiração. Na função respiratória 55% se deve ao pulmão direito e os 45% restantes ao pulmão esquerdo. Os pulmões são mantidos expandidos no interior da cavidade torácica graças à pressão negativa do espaço pleural. Esse espaço existe entre as pleuras parietal e visceral e está preenchido por líquido que serve como meio de baixa fricção, facilitando a movimentação dos pulmões.

A parede torácica é uma estrutura elástica que, em combinação com os movimentos do diafragma, promove as variações de volume da cavidade do tórax. O aumento do volume intratorácico ocorre em virtude do movimento dos arcos costais e do rebaixamento da cúpula diafragmática durante a inspiração. A expiração normal é passiva e usa a energia potencial elástica acumulada durante a inspiração.

Os principais músculos inspiratórios são: Diafragma, Intercostais externos. Grande Peitoral. Os principais músculos expiratórios são: Transverso do abdômen, oblíquos externos e internos, reto abdominal, triangular do esterno, intercostais internos.

A contração dos músculos expiratórios eleva a pressão intratorácica em virtude da compressão exercida pelas vísceras abdominais sobre o diafragma, do encurvamento do tronco e do rebaixamento dos arcos costais.

1o Hemiciclo: É a Inspiração, o ar atmosférico é aspirado para o pulmão, onde entra em contato com o sangue. O2 é absorvido.2o Hemiciclo: É a Expiração. O ar pulmonar é expelido para o ambiente, carreando o CO2 e outros componentes para fora.

O funcionamento do Sistema Respiratório é simples, e se faz em um ciclo de dois hemiciclos.

Com a sequência Inspiração <<-->> Expiração, o aparelho respiratório realiza a troca rápida de O2

X CO2, no pulmão. A circulação se encarrega de levar O2 aos tecidos e trazer CO2 ao pulmão.

A expansão torácica leva a expansão dos pulmões. Se a cavidade torácica aumenta, tende a diminuir a pressão torácica, fazendo com que os pulmões aumente de volume. O vácuo formado pelo amento da caixa torácia faz com que o pulmão puxe o ar para enchimento.

Aula 17/03/2011terça-feira, 22 de março de 201107:36


Na inspiração, a pressão intrapulmonar é subatmosférica devido à expansão dos pulmões (Lei de Boyle). Na expiração, o volume pulmonar diminui elevando a pressão intrapulmonar, que passa a suplantar a pressão atmosférica expulsando o ar. Na Inspiração a Pressão Pulmonar é menor que a Pressão Atmosférica, permitindo a entrada de ar, já na expiração a Pressão Pulmonar é maior do que a Pressão Atmosférica, permitindo a saída do ar.

A Lei Boyle-Mariotte relaciona o volume e a pressão de um gás, quando a temperatura é constante: "O volume de gás é inversamente proporcional à pressão, mantida constante a temperatura."

A equação da lei é simples:

P1 . V1 = P2 . V2 => P . V = K

Considerando que essa transformação é isométrica, o protudo pressão x volume é uma constante.

Quando a cavidade torácica se expande, os pulmões acompanham esse movimento devido ao vácuo interpleural (-5mmHg, sendo sempre negativa, tornando-se menor ainda na inspiração) presente no espaço interpleural. Ao aumentar o volume da caixa torácica, a pleura parietal também se expande, gerando um vácuo maior, que vai repuxar a pleura visceral aderida ao pulmão, expandindo, assim, esse órgão.

A pressão interpleural varia sempre dentro da negatividade, em condições normais. A pressão interpleural é mais negativa na inspiração e menos negativa na expiração, mas ela é sempre negativa. Se a pressão interpleural não for negativa os pulmões não se expandem.

Fisiológico: Drenagem linfática constante pelo líquido pleural.Físico: a tendência natural que o pulmão tem de colabar aumenta a intensidade desse vácuo.

O vácuo interpleural é mantido por dois fatores:

Na função pulmonar existe um parâmetro que é chamado de Complacência Pulmonar. A Complacência é definida como razão entre a variação do Volume (ΔV) sobre a variação da Pressão (ΔP).

O balão é complacente porque quando se aplica pressão ele adquire volume, já um tubo rígido de PVC não é complacente, porque quando aplicado uma pressão ele não varia o seu volume. Então podemos afirmar que os pulmões são órgãos complacentes, porque quando se submete os pulmões a diferença de pressão ele varia de volume.

Então fisiologicamente a Complacência Pulmonar é a razão entre a variação do Volume (ΔV) sobre a variação da Pressão (ΔP), onde essa pressão é a Transpulmonar, que é essa pressão transpulmonar que determina a expansão do pulmão. Ela representa o esforço que se realizou para expansão dos pulmões.

No adulto normal, quando a pressão transpulmonar aumenta 1 cmH2O, os pulmões se expandem


No adulto normal, quando a pressão transpulmonar aumenta 1 cmH2O, os pulmões se expandem 200 ml.

Complacência Pulmonar

Cp = ΔV Cp = 200 ml/cmH2O ΔPtranspulmonar

O gráfico mostra que durante a inspiração, a pressão interpleural é mais negativa ainda. Na expiração, torna-se um pouco maior essa pressão, mas nunca deixa de ser negativa, diferentemente da pressão alveolar (inter-pulmonar) que na inspiração é negativa (sudatmosférica) e na expiração é positiva (supra-atmosférica).

Só se fala em Pressão Transpulmonar se os pulmões estiverem em equilíbrio, porque é a diferença entre a pressão alveolar e a pressão pleural. Se o mediastino for furado, não haverá pressão transpulmonar.

Vimos que o pulmão tem natureza elástica, também chamado de retrocesso elástico, podemos dizer que o pulmão é um órgão que tem uma tendência natural de colapso, tem uma tendência própria de fechar. Os pulmões tem duas razões para o retrocesso pulmonar:

A primeira razão, é mais estrutural, decorre das fibras de colágeno e elastina que estão impermeadas no parenquima pulmonar, na inspiração estas fibras são distendidas, armazenando energia potencial elástica. A Lei de Hooke é que define força elástica de uma mola, ou seja, quanto mais se distender uma mola, mais energia elástica ela terá, com o pulmão é a mesma coisa, quando mais se distende o pulmão essas fibras de colágeno e elastina mais energia potencial elástica o pulmão armazena. Essa energia elástica será usada na expiração.

Lei de Hooke

F = K x2

Obs: não se calcula a elasticidade pulmonar com a Lei de Hooke, essa formúla só funciona bem na física clássica.

Esta elasticidade das fibras não representa a causa principal do retrocesso elástico. A principal causa do retrocesso elástico é a tensão superficial que existe dentro dos alvéolos.


Do ponto de vista físico, podemos dizer que a tensão superficial é a resistência que a interface do líquido oferece a penetração de sólidos. Define-se Tensão Superficial como a força que deve ser feita para se penetrar em um determinado instante da interface, ou, também, pode-se definir como Tensão superficial como o trabalho que deve ser feito para se romper uma determinada área da interface. Isto do ponto de vista puramente físico.

L L2

T Superficial = F ou T Superficial = δ

Na figura B e C temos uma força tentando penetrar em uma interface e não se consegue (B), devido a tensão superficial, quando se aplica a esta mistura um detergente (surfactante) tem-se a função de diminuir a tensão superficial, tornando possível a penetração da força exercida (C).

Devemos imaginar que esta tensão superficial existe dentro dos alvéolos, pois os alvéolos é formado por uma camada fluída, que é formada por água, se tem água, a interface ar - água tem tensão superficial.

Então temos que, nos alvéolos teremos as mesmas forças atuantes, pelo fato do alvéolo ser revestido internamente por uma camada fluída, ele tem uma tendência natural de colapso ou de fechamento. O alvéolo tem a tendência de fechar, mas ele não fecha porque tem o surfactante que diminui a tensão superficial, mas se o surfactante for retirado, os alvéolos vão se fechar. Este fechamento é chamado de Ataléctasia, ocorre na Síndrome da Angustia Respiratória, comuns em bebes prematuros.

A tensão superficial é a principal causa do retrocesso elástico pulmonar.

Na figura abaixo se demonstra com muita propriedade duas curvas de Complacência Pulmonar, uma de um pulmão cheio de solução salina e outra de um pulmão cheio de ar. Sabemos que para que a inspiração ocorra é necessário uma pressão pleural negativa, em função da variação do volume pulmonar, na primeira figura com uma pressão pleural de -2 cmH2O consegue-se fazer uma inspiração, em um pulmão cheio de ar (gráfico 2), será necessário um vácuo bem maior, isto acontece porque no momento em que se enche o pulmão com uma solução salina se neutraliza os efeitos da tensão superficial, acabou-se a interface ar-água, o pulmão está cheio de solução salina, em um pulmão normal, cheio de ar, será necessário uma pressão pleural bem maior para conseguir a inspiração.


Pneumotoráx significa literalmente ar no tórax (na cavidade pleural). Ou seja, há presença de ar no espaço interpleural, o que diminui o vácuo, aumentando a pressão interpleural. Com isso o pulmão não acompanha o movimento de expansão da caixa torácica, fazendo com que o indivíduo seja incapaz de respirar. Isso acontece, por exemplo, em lesões a nível de costelas com perfuramento da pleura, fazendo com que ocorra a entrada de ar e a diminuição do vácuo nessa região. Com a perda desse vácuo, o pulmão murcha.

Se o vácuo é perdido, o pulmão não se distende mais, porque quem mantém este pulmão distendido é o vácuo. O vácuo interpleural pode ser perdido não só pela entra de ar, mas também pela entrada de líquido, como o sangue, onde se chama Hemotórax, que é uma hemorragia interna com o acúmulo de sangue na cavidade pleural, podendo ser também um acúmulo de secreção, resultado de uma inflação (pleurite).

Numa mistura de gases ideais e quimicamente inertes, a pressão exercida por cada constituinte da mistura é igual a sua pressão parcial (Pi), que é proporcional a sua concentração molar. Portanto, a pressão total (PT) corresponde a soma das pressões parciais de cada gás.

A pressão parcial de um gás é a pressão que o gás exerceria se estivesse só no compartimento.

Lei das Pressões Parciais de Dálton


Vamos analisar e entender os dados da tabela abaixo, porque ela traz informações relavantes.

A tabela a pressão parcial de um gás em três ambientes, no Ar Atmosférico, nas vias aéreas superiores (Ar Umidificado), no alvéolo e no ar expirado. Analisando gás por gás teremos as seguintes considerações:

No Oxigênio quando chega no ambiente do ar umidificado a pressão parcial cai um pouco de 159 para 149. Nas vias aéreas superiores não se absorve oxigênio para o sangue, mas mesmo assim a pressão parcial caiu, isto se deve porque uma das funções das vias aéreas superiores é aquecer e umidificar o ar. Se observarmos cuidadosamente a tabela, quando o ar entra nas vias aéreas superiores ele é umidificado, fazendo com que a pressão de H2O salte de 3,7 para 47 mmHg, ou seja, se houve um aumento considerável da pressão da água, sabendo que a pressão total dos gases não pode ser superior a 760 mmHg, tem-se que diminuir a pressão parcial dos outros gases. De fato isto acontece e é demonstrado na tabela, caindo a pressão de N, O2 e CO2. Essa diminuição é o resultado da umidificação do ar. O Oxigênio saindo das vias superiores chega aos alvéolos,


é o resultado da umidificação do ar. O Oxigênio saindo das vias superiores chega aos alvéolos, quando chega nos alvéolos a pressão cai de 149 para 104, porque há a hematose, onde o oxigênio vai entrar no sangue e o CO2 vai para os alvéolos. Portanto a pressão do oxigênio cai, porque é perdido para o sangue. No Ar Expirado a pressão sobe para 120 mmHg, porque no caminho que o ar faz para ser expirado ainda ficou uma parte do oxigênio, sendo chamado de Volume do Espaço Morto, quando há a expiração uma parte do ar e como nas vias aéreas superiores não tem hematose esse ar ainda tem muito oxigênio.

A umidificação do ar nas vias aéreas superiores serve para diminuir a pressão parcial de outros gases para manter constante a pressão atmosférica (760 mmHg).

A pressão parcial do N2 em toda a circulação é praticamente a mesma por ela não ser metabolizado.

O oxigênio expirado possui uma pressão muito grande em relação à concentração inspirada pois nem todo O2 inspirado é trocado por CO2 na hematose. Por isso que a respiração "boca-a-boca" tem como função oferecer oxigênio para o socorrido.

A pressão do vapor do gás de água é de 47 mmHg dependendo apenas da temperatura (37o).


ESPIROMETRIA

A Espirometria é uma técnica utilizada em pneumologia para medir os volumes de ar inspirados e expirados por meio do equipamento chamado de Espirômetro ou Espirógrafo.

O espirógrafo é um aparelho que registra volumes expirados e inspirados, e consiste, basicamente, em um campânula de volume conhecido, colocado sobre água, e cujos movimentos de subida e descida com a entrada e saída de ar, são registrados em um quimógrafo. O espirógrafo deve ter uma inércia mecânica mínima para não interferir com os movimentos respiratórios, que podem ser registrados em repouso ou esforço, durante um ou vários ciclos.

O gráfico registrado no Espirógrafo é o Espirograma, que determina os volumes pulmonares e a capacidade pulmonar.

Os volumes e as capacidades variam com o sexo, idade, raça, estatura corporal, superfície cutânea, postura e em algumas doenças.

Volumes: os volumes são sempre parâmetros unitários e independentes entre si. Os três primeiros são funcionais, o último é estrutural.

Volume Corrente (VC): é o volume de ar expirado e inspirado, ou seja, é o volume de ar trocado a cada movimento respiratório. Varia conforme a atividade física, indo de 0,5 l ou 500 ml (repouso) a 3,2 l (esforço).

1)

Volume de Reserva Inspiratória (VRI): é o volume de ar que falta inspirar depois da inspiração do VC, ou seja, é o volume de ar extra que se consegue inspirar depois de já ter inspirado o Volume Corrente (VC), não incluindo-o neste volume. (VRI = 3000 ml)

2)

Volume de Reserva Expiratória (VRE): é o ar que falta expirar depois da expiração do volume corrente, ou seja, é o volume de ar extra que se consegue expirar depois de expirar o volume corrente, não incluindo-o. (VRE = 1100 ml)

3)

Volume Residual (VR): é o ar que resta nos pulmões depois de uma expiração máxima, não pode ser expulso dos pulmões. Este volume não pode ser trocado ativamente, mas apenas por difusão gasosa, não é demonstrado no gráfico uma vez que o espirograma só demonstra volumes inspirados ou expirados. Por mais vigorosa que seja a expiração, esse volume não é expirado. Ele é calculado por meio do método de diluição do He. (VR = 1200 ml)

4)

O VR já passa a existir logo na primeira inspiração da vida. Isso é usado na medicina legal para identificar se uma criança já nasceu morta ou morreu durante o parto. Caso o pulmão da criança afunde em um recipiente cheio de água, demonstra que a criança nasceu morta. Caso bóie, é um

Conceito dos Volumes e Capacidades Respiratórias

Aula 24/03/2011sábado, 23 de abril de 201116:54


afunde em um recipiente cheio de água, demonstra que a criança nasceu morta. Caso bóie, é um indício que a criança ainda inspirou, ou seja, nasceu com vida.

Capacidades: as capacidades são sempre o somatório de dois ou mais volumes.

Capacidade Vital (CV): é o volume máximo de ar capaz de ser trocado, representado pela soma dos três volumes funcionais (Reserva Inspiratória, Volume Corrente e Volume da Reserva Expiratória). Sendo a amplitude total de uma inspiração máxima e uma expiração máxima, passando pelo voluma corrente, incluindo-o. Assim, temos que a CV representa a quantidade de ar que um indivíduo movimentou durante uma expiração forçada realizada após uma inspiração máxima. (CV = VC + VRI + VRE = 4600 ml).

5)

Capacidade Inspiratória (CI): a começar da inspiração corrente de repouso, é o máximo de ar que pode ser inspirado, sendo a soma do volume de ar corrente com o volume de reserva inspiratória. (CI = VC + VRI = 3500 ml).

6)

Capacidade Residual Funcional (CRF): compreende o ar que pode ser expirado, ao fim da expiração corrente em repouso, mais o volume residual. Consiste em uma quantidade de ar que em condições normais não sai do pulmão. Pode ser obtido somando-se o volume residual com o volume de reserva expiratória. (CRF = VRE + VR = 2300 ml).

7)

Capacidade Pulmonar Total (CPT): equivale a soma dos volumes de reserva inspiratória, corrente, reserva expiratória e residual. Ou seja, representa o somatório de todos os volumes pulmonares, portanto, todo o volume de ar existente no pulmão.

8)

Os números correspondem ao representado na figura:

Na atividade física, o volume corrente aumenta, mas para manter a CPT constante, os VRE e VRI diminuem. Isso é provado em indivíduos que tem dificuldade de inspirar ou expirar profundamente após um exercício.


profundamente após um exercício.

Para determinar a CPT e o VR, faz-se uso do método da diluição do hélio. Inicialmente, uma quantidade de He, de volume (V1) e concentração (C1) conhecidos, é diluída no sistema respiratório, e passa para uma concentração C2 em volume VS (Volume Total do Sistema: pulmão + espirógrafo). Abre-se, então, a válvula e solicita ao paciente que respire essa mistura de gás. Com o passar do tempo, a concentração e o volume do gás He no espirômetro entra em equilíbrio com o pulmão (C2 e V1 < C1 e V2). Para chegar aos valores requeridos, tem-se:

Substituindo: C1 x V1 = C2 (V1 + V2)VS = V1 + V2

C1 x V1 = C2 x Vs

C2 C1Assim: V2 = V1 (C1 - C2) ou V1 = C2 (V2 + V1)

VRM = Volume Corrente (VC) x Frequência Respiratória (FR)

VRM = 500 ml x 12 ciclo.min-1 = 6000 ml.min-1 ou 6 l.min-1

Volume Respiratório Minuto (VRM): corresponde a quantidade total de ar fresco que se movimenta pelas vias respiratórias a cada minuto


O VRM diz que 6 litros de sangue percorrem as vias aéreas. Porém, nem todo ar inspirado participa das trocas gasosas (aproximadamente 150 ml). O volume do espaço morto, que apenas ocupa espaço e não participa da difusão.

Volume do Espaço Morto Anatômico: volume de ar inspriado que ocupa as vias aéreas superiores onde não há trocas gasosas (nariz, faringe e traquéia). Portanto, é inutil para hematose (VP ≈ 150 ml).

VA = FR (VC - VP)

VA = 12 ciclos.min-1 x (500 ml - 150 ml)VA = 12 ciclos.min-1 x 350 mlVA = 4200 ml.min-1 ou 4,2 L.min-1

Intensidade de Ventilação Alveolar (VA): a intensidade de ventilação alveolar por minuto é o volume total de ar fresco que penetra nas áreas de troca gasosa a cada minuto. A intensidade de ventilação alveolar não inclui o volume do espaço morto (VP).

Espaço Morto Fisiológico: representa as zonas pulmonares que, embora difusíveis, não realizam hematose satisfatoriamente devido ao baixo fluxo sanguíneo. De fato, alguns alvéolos não são funcionais, ou são apenas parcialmente, pois o fluxo que escoa nos capilares adjacentes a estes alvéolos é nulo ou escasso. No individuo normal, os espaços mortos (anatômico e fisiológico) são praticamente iguais.

Espirometria Forçada

O gráfico do Espirômetro de Fole é o padrão clínico.

Parâmetros da Espirometria Forçada

Capacidade Vital Forçada (CVF): representa o volume de ar exalado após uma expiração tão rápida e completa quanto possível. Para aferição do CVF, pede-se ao paciente que inspire ao máximo e depois expire no espirômetro vigorosamente. Em indivíduos normais, o CVF é igual a capacidade vital lenta (CV) obtida na espirometria simples.

1)

Volume Expiratório Forçado no 1o Segundo (VEF1): corresponde ao volume de ar exalado até o 1o

segundo de uma expiração tão forçada e rápida quanto possível. Este parâmetro é determinado 2)


segundo de uma expiração tão forçada e rápida quanto possível. Este parâmetro é determinado durante a manobra de aferição do CVF.

O gráfico A corresponde a CVF e a VEF1 em espirômetro de água. Observe que a CVF representa a distância entre o ponto máximo do traçado e a origem dos eixos. No gráfico B é mostrada a CVF e VEF1 em espirômetro de fole. O valor da CVF é dado pela distância entre o ponto mais elevado do platô e a origem dos eixos.

O VEF1 será a diferença de volume entre o ponto mais alto da curva, que representa o início da expiração (4 litros), e o volume registrado durante o 1o segundo (≈1 litro). No gráfico B o VEF1 é obtido por extrapolação, traçando-se uma reta paralela as ordenadas no 1o segundo. No ponto em que a reta intercepta a curva, o volume correspondente será o VEF1.

Também referida como VEF1%, corresponde ao percentual da CVF que se expira durante o primeiro segundo. A relação VEF1 / CVF é aferida durante a manobra de execução da capacidade vital forçada.

Relação VEF1 / CVF

O FEF é também conhecido como Pico de Pluxo Espirado (PFE). Representa o fluxo máximo de ar expirado durante a manobra da Capacidade Vital Forçada (CVF).

O gráfico fluxo-volume é obtido durante a manobra de aferição da CVF. Ou seja, o paciente inspira ao máximo, e depois expira o mais rápido e vigorosamente possível no espirômetro.

Na curva fluxo/volume, o PFE é a parte mais elevada do traçado. No exemplo, vale cerca de 9 L/s.

Fluxo Expiratório Forçado (FEF ou PEF)


A curva fluxo-volume mostra o valor da CVF, também referida como FVC. A CVF, mostrada na figura, é a distância entre a origem dos eixos (zero) e o ponto onde a curva intercepta as abscissas (volume).

No inicio da curva, quando o fluxo é zero, o volume de ar contido no pulmão corresponde a CPT. De fato, o paciente deve inicialmente inspirar ao máximo até alcançar a CPT. Somente depois, realiza uma expiração vigorosa no espirômetro.

Observar que, no final do traçado, a curva intercepta as abscissas. Este ponto de intersecção representa o limite superior do volume residual, pois é neste momento que a expiração termina com fluxo zero.

Observar que os fluxos máximos instantâneos (PEF%) são registrados em relação ao percentual da CVF já expirada. Por exemplo, PEF50% significa o fluxo máximo instantâneo no momento em que o paciente expirou 50% da CVF. No exemplo abaixo, PEF50% vale cerca de 5L.

O que foi visto em sobre Espirometria Forçada foram os principais parâmetros. Capacidade Vital Forçada (CVF), vimos a CVF é facilmente identificada no espirograma de água e no de fole, no espirograma de água seria exatamente a distância entre o ponto mais alto do traçado no gráfico e a origem dos eixos; no espirograma de fole é mais fácil, vai até o platô da curva expiratória projeta nas ordenadas, onde o valor encontrado é exatamente a CVF.

Vimos que espirometria forçada a CVF é determinada por uma manobra expiratória vigorosa e rápida, o sujeito inspira e depois expira vigorosamente no espirômetro. Uma diferença que chama a atenção é que no espirograma de água a manobra expiratória ela aparece totalmente, desde a inspiração, no espirograma de fole a manobra inspiratória não aparece, a curva demonstrada no gráfico é somente da expiração.

São dois gráficos diferentes para uma mesma medida, com técnicas diferentes. Essa diferença se deve pela evolução da técnica, onde começou com o espirograma de água depois evoluiu para o espirograma de fole, e hoje os espirômetros eletrônicos seguem o padrão da curva do espirômetro de fole.

CVFVEF1% = VEF1 x 100

Outro parâmetro visto da Espirometria Forçada foi a relação entre VEF1 e a CVF, que é dada pela fórmula:

Podemos resumir este parâmetro, dizendo que ele deve o percentual da CVF que é eliminada no 1o segundo da expiração.

REVISÃO


Na comparação de um espirograma de um individuo normal e de um asmático, observa-se que no do asmático é eliminado no primeiro segundo apenas 47% de sua CVF. Todas as doenças obstrutivas são caracterizadas por uma diminuição desta relação. Há uma diminuição porque em todas as doenças obstrutivas se diminui o volume do primeiro segundo.

O asmático elimina no primeiro segundo uma quantidade menor da ar, podemos dizer que o asmático não tem a "explosão" que um sujeito normal tem para expirar. É de se notar que o asmático não tem a CVF alterada, mas ele leva mais tempo para expirar toda a CVF.

A CVF na doença obstrutiva pulmonar pode estar diminuída ou não, agora o volume do primeiro segundo (VEF1) vai diminuir na doença obstrutiva .

Doenças restritivas são aquelas caracterizadas pela perda da extensibilidade e complacência


Doenças restritivas são aquelas caracterizadas pela perda da extensibilidade e complacência pulmonar, doenças tipo Fibrose Pulmonar, Tuberculose. Devido ao processo restritivo o sujeito não consegue eliminar a mesma quantidade de ar que seria movimentada em condições normais. Na doença restritiva há uma diminuição tanto no VEF1 como na CVF.

No gráfico Fluxo-Volume o instante zero da curva é a CPT, portanto o gráfico parte da CPT, do pulmão cheio, segue-se de uma expiração forçada e vigorosa, neste momento o traçado do fluxo sobe rapidamente, chegando a um valor máximo, esse valor máximo do fluxo é chamado de Pico do Fluxo Expiratório ou Fluxo Expiratório Máximo, que é um dado importante da espirometria, utilizado para o diagnóstico diferencial de doenças obstrutivas e restritivas. Quando se atinge o pico o fluxo começa a minguar, diminuir, isso é explicado porque a expiração vai terminando, o ar vai acabando, os bronquíolos vão se fechando, então, obviamente é que a tendência do fluxo é diminuir até que o traçado intercepta as abscissas, no momento em que a expiração acaba, existindo apenas o volume residual (VR).

A distância entre o início da expiração na CPT e o ponto de interseção com as abscissas (VR), essa distância lhe dá a CVF, ou seja, a CVF pode ser vista não somente no gráfico de volume, mas também no gráfico de fluxo. Essa distância corresponde a CVF porque a expiração partiu da CPT, expirou vigorosamente e o mais rápido possível, terminando até interceptar as abscissas, se nas abscissas relaciona o volume, obviamente a distância entre os dois pontos corresponde a CVF.

A expiração termina porque a resistência oferecida pelos bronquíolos impede que se expire mais ar, mas ainda existe o volume residual (VR). A expiração não acaba porque o ar acabou, que afirmar desta maneira está errado. A expiração acaba porque os bronquíolos oferecem muita resistência a saída de ar.

Quando o fluxo se torna inviável, devido ao aumento da resistência, ainda se tem uma certa quantidade de ar no alvéolo, isto é a explicação fisiológica da existência do Volume Residual (VR).

Uma das importâncias do VR é para que os pulmões não colabarem.

Alça Fluxo-Volume


Alguns autores chamam o gráfico fluxo-volume de Alça Expiratória, isto se deve porque naquele gráfico só foi registrada a manobra expiratória, em nenhum momento aparece a inspiração.

Contudo a manobra inspiratória também pode ser obtida, é o que se pode chamar de Alça Completa. O sujeito parte do zero (porque o sujeito ainda não expirou). Para se obter a alça de inspiração, quando o individuo terminar de expirar, pede-se que ele inspire vigorosamente todo o ar que pode e o mais rápido possível, com esta manobra se registra a alça inspiratória. Normalmente, a alça inspiratória nunca é registrada.

A mesma maneira que a alça expiratória nos dá um pico de fluxo (PEF) a alça inspiratória nos dá um pico, sendo que este pico é da inspiração (PIF).

Nos gráficos de fluxo comparativos entre as doenças obstrutivas e restritivas o que chama mais atenção é a redução do PEF, o pico expiratório máximo diminui. É de se observar, também, que no primeiro gráfico, de doenças obstrutivas a CVF não foi alterada, agora quando comparada a doença restritiva há uma grande alteração na CVF, além do PEF cair.


O oxigênio está no alvéolo, agora ele deve chegar ao sangue, e depois que chega no sangue ele deve ser transportado.

Lei de Fick

Na figura, do lado esquerdo, temos o alvéolo, do lado direito temos sangue, ou seja, o capilar pulmonar. Entre o alvéolo pulmonar e o sangue temos uma membrana delgada, chamada de membrana respiratória, na verdade esta membrana é formada por várias camadas histológicas (epitélio alveolar, membrana basal do epitélio, interstício, membrana basal do capilar, endotélio capilar), essas várias camadas histológicas juntas formam a membrana respiratória. Nesta membrana deve ocorrer a hematose, o oxigênio deve se difundir do alvéolo para o sangue e o CO2 do sangue para o alvéolo.

Dentro da Biofísica existe uma lei Chamada de Lei de Fick que define a taxa de difusão de uma substância, essa lei diz o seguinte: A taxa de difusão de uma substância representa a massa dessa substância que se difunde a cada minuto, por exemplo, a massa de O2 que se difunde a cada minuto e a massa de CO2. Matematicamente essa taxa de difusão é apresentado acima.

104

40 45

40

Δ = 64O2

Δ = 5CO2

Alvéolo Pulmonar

Capilar Sanguíneo

ΔC => Gradiente de Concentração, a Lei de Fick diz que só existe difusão se existir gradiente de concentração, que quanto maior for este gradiente, maior será a taxa de difusão. Se for comparado as concentrações entre o alvéolo e o sangue haverá diferença de concentração, onde o oxigênio deve se difundir do setor de maior pressão para o setor de menor pressão. No exemplo acima o gradiente é de 64 e o CO2 é no sentido inverso, pois a pressão parcial de CO2 no sangue é maior do que nos alvéolos, tendo um gradiente de pressão de CO2, no exemplo, de 5 mmHg.


Aula 31-03-2011quinta-feira, 31 de março de 201117:58


Na captação do O2 pelo sangue do capilar pulmonar a pressão parcial de oxigênio na entrada do capilar é de 40mmmHg. Na medida que o sangue escoa, recebe O2 do alvéolo, fazendo a pressão parcial aumentar para 104 mmHg.

Na difusão do CO2 proveniente do sangue para os alvéolos a pressão parcial de CO2 na entrada do capilar é de 45 mmHg. Na medida que o sangue escoa, difunde CO2 para o alvéolo, fazendo a pressão parcial cair para 40 mmHg na extremidade distal do capilar.

A difusão cresce com a área, esta área significa a área de membrana respiratória, sabemos fisicamente que quanto maior for esta área, maior deve ser a difusão. Esta área deve ser a soma de todas as membranas respiratórias, que chega a aproximadamente 17 m2 em um individuo padrão. Assim, o pulmão terá uma enorme área de interação entre o ar e o sangue, havendo muita hematose.

ΔX => significa a distância entre os compartimentos difusíveis, alvéolo e sangue, o espaço que separa estes compartimento é exatamente a distância. Sabemos que fisicamente quanto mais delgada for esta membrana, diminuindo ΔX vamos aumentar a Taxa de Difusão (J). Ou seja, a difusão é muito maior em uma membrana delgada. Se a espessura da membrana crescer, aumenta-se ΔX, logo a Taxa de Difusão (J) irá diminuir. Isso acontece em algumas doenças como na pneumonia e no edema. Na Pneumonia a membrana respiratória inflama, aumentando a distância, aumentando o ΔX, diminuindo J. No edema o líquido se acumula nessa membrana, aumentando sua espessura, aumenta ΔX, logo J irá diminuir.

Em casos de edemas a membrana respiratória fica mais espessa, dificultando a hematose. Em enfisema pulmonar, devido a perda de parede pulmonar, a área diminui, diminuindo a difusão.

D => é o coeficiente de difusão, sendo um valor tabelado, cada substância tem o seu D, onde leva em consideração a natureza química, temperatura e o meio difusível.

A Lei de Fick funciona muito bem em sistemas artificiais, mas no pulmão, onde se tem outras interferências, ela não funciona. Na prática o que se determina é outro parâmetro fisiológico, chamado de Capacidade de Difusão.

A taxa de difusão e capacidade de difusão não medem a mesma coisa, não são parâmetros iguais.

Capacidade de Difusão (cD)

Capacidade de Difusão (cD) representa a habilidade da membrana respiratória em transportar determinado gás. Pode ser deinida como o volume de gás (ml) difundido por minuto através da membrana respiratória (fluxo difusional - FD) quando o gás é submetido a um gradiente de pressão ΔP (1 mmHg).


FD (ml.min-1) e ΔP (mmHg)

A cD não mede difusão, ela mede a permeabilidade da membrana respiratória para um determinado gás. Capacidade de difusão é definida como o Fluxo Difusional de um gás através da membrana quando este gás é submetido a um gradiente de pressão parcial, o resultado final tem as seguintes unidades:

Note-se que a cD não possui dimensão de difusão (Massa X Tempo), sendo inversamente proporcional ao ΔP. Portanto, se ΔP aumentar, e FD permanecer constante, a cD deve diminuir. Nestas condições, a habilidade do gás em se difundir (cD) é baixa, uma vez que o incremento do ΔP foi incapaz de elevar o fluxo difusional. Isso é sinal que a membrana apresenta resistência ao fluxo.

Isto mostra que a membrana é muito mais hábil para transportar CO2.


TRANSPORTE DE GASES NO SANGUE

O oxigênio é transportado no sangue carreado junto à hemoglobina (oxiemoglobina) ou dissolvido no plasma. Bem como o CO2, que pode ser transportado pela hemoglobina (carboemoglobina) ou dissolvido no plasma sanguíneo, ou mesmo na forma de íons bicarbonato.

O oxigênio é transportado, basicamente, de duas maneiras: a forma principal que é ligado a hemoglobina e a outra forma menos importante, mas que também existe, é dissolvido na água do plasma.

Transporte através da Hemoglobina

A hemoglobina é uma proteína grande composta por quatro cadeias polipeptídicas (α, β, γ, δ) ligadas covalentemente a quatro grumos heme (estrutura base da molécula que contém o ferro) formado por quatro anéis pirrólicos ligados a uma molécula de FE ferroso. Os gases se ligam nesse ferro. Em condições normais, a hemoglobina transporta quatro moléculas de O2, um oxigênio para cada cadeia de α ou β.

Curva de Dissociação da Oxiemoglobina

Biofísica II ...

Aula 07/04/2011segunda-feira, 11 de abril de 201117:44


Essa curva explica a saturação da hemoglobina em função da pressão parcial de oxigênio. Saturação significa o percentual de hemoglobina que está ligado ao oxigênio. Por exemplo: Se dissermos que a saturação da hemoglobina é de 70%, isso significa que 70% das hemoglobinas do sangue estão ligadas ao oxigênio. Se falar que a saturação é de 100%, quer dizer que todas as hemoglobinas estão ligadas ao oxigênio.

Sabemos que no sangue arterial nós temos uma pressão parcial de oxigênio que é de 95 mmHg, se verificarmos na tabela esta pressão encontraremos uma saturação por volta de 97%, ou seja, podemos concluir que n o sangue arterial a hemoglobina está quase toda saturada, ocupadas por oxigênio. Só que este sangue arterial vai circular em direção aos tecidos, e quando chega nos tecidos o oxigênio é liberado, fazendo com que a pressão parcial do oxigênio caia para 40 mmHg, se fizer uma projeção para esta pressão parcial de 40 mmHg, vai encontrar uma saturação de aproximadamente 70%, ou seja, no sangue venoso teremos 70% de saturação. Isto é um dado importante, porque 70% ainda é muita coisa, por esta razão é que dizemos que a hemoglobina, entre outras soluções, ela serve como reservatório, pois mesmo no sangue venoso, ainda se tem muito oxigênio. Este reservatório pode ser mobilizado em caso de hipoxia.

Outros aspecto da hemoglobina é que funciona como um tampão de oxigênio, isto é chamado de função amortizadora, significando que a hemoglobina impede que a pressão parcial de oxigênio varie muito, controlando esta pressão parcial dentro de certos limites, porque no sangue arterial a hemoglobina já está praticamente toda saturado (97%) de oxigênio. Assim, não adiante o individuo respirar oxigênio puro, pois a hemoglobina já está em seu normal, evitando um excesso de oxigênio no sangue. Mesmo que o individuo respire oxigênio puro, isso não vai alterar muito a vida da hemoglobina, pois em condições normais, ela já é quase que totalmente saturada.

A hemoglobina impede que se tenha grande variação de oxigênio no sangue.

O oxigênio perigoso não é o ligado a hemoglobina, mas aquele ligado a água do plasma do sangue.

Pela curva, também, se acha o volume %, através da projeção dos valores da pressão parcial.

Pressão parcial: 95 mmHg•Hb 97% saturada•Volume de 19%•

1. Oxigênio do sangue nos pulmões

Pressão parcial: 40 mmHg•Hb 75% saturada (função de reservatório de oxigênio)•Volume de 14%•

2. Chegada do sangue aos tecidos

Lei de Henry


O oxigênio que é transportado e dissolvido no plasma, essa dissolução obedece a Lei de Henry, essa lei diz o seguinte: quando se tem um determinado gás e submete este gás a determinada pressão, partes das moléculas do gás vão se dissolver na fase liquida, e esta dissolução do gás na fase liquida vai depender basicamente de dois fatores: de um coeficiente de solubilidade do gás no líquido, se tem gás mais ou menos solúvel na água; e vai depender, também, da pressão aplicada sobre o gás. Refrigerante é feito desta maneira, prepara-se o líquido do refrigerante, depois é injetado o gás (CO2) através de alta pressão, ai todo o CO2 fica dissolvido na fase liquida. A Lei de Henry diz exatamente isto, que o volume de gás dissolvido no líquido, cresce diretamente com a pressão aplicada sobre o gás e ao fator de solubilidade do gás.

Assim, a Lei de Henry define o volume de um gás dissolvido em líquido. Segundo esta lei, o volume de gás dissolvido no líquido é proporcional à pressão parcial do gás sobre o líquido e ao fator de solubilidade do gás.

Nós sabemos que o oxigênio no sangue arterial tem uma pressão parcial de 95 mmHg e o fator de solubilidade do oxigênio na água (plasma) é de 0,03 ml.L-1 .torr-1, isto a 37oC. Se aumentar a temperatura há uma tendência que a solubilidade melhore.

Como se aplica esta lei aos gases respitório?

Se quisermos determinar o oxigênio transferido ligado a hemoglobina, basta verificarmos a curva de dissociação.


Deste cálculos, podemos concluir que o transporte de O2 se dá majoritariamente pela hemoglobina. A contribuição do O2 dissolvido é muito pequena.

A hemoglobina impõe um limite ao oxigênio, mas no estado dissolvido este limite não existe, por causa disto é que o oxigênio pode intoxicar.

Poderíamos utilizar o mesmo raciocínio para o CO2 dissolvido no plasma, através da Lei de Henry.

Observe que o CO2 é bem mais solúvel na água do que o O2, isto está refletido no Fator de Solubilidade (Fs). Enquanto o Fs do O2 é de 0,03 ml.L-1.torr-1 o do CO2 é de 0,6 ml.L-1.torr-1.


A principal forma de transporte de CO2 é através de íons de bicarbonato dissolvidos no plasma.

Outra forma importante de transporte do CO2 é através da carbaminohemoglobina, o CO2 é capaz de se ligar a hemoglobina, só que não da mesma maneira do oxigênio, quer dizer, o CO2 não compete com o O2, pelo Fe, ele se liga na parte protéica da hemoglobina, formando a carbaminohemoglobina.

Quem compete com o O2 pelo ferro da hemoglobina é o monóxido de carbono (CO), por isto é que ele é extremamente tóxico.

Quando foi falado de surfactante, foi dito que o surfactante atua na tensão superficial, onde teríamos no alvéolo uma tendência natural de colapso, devido a tensão superficial, fisiologicamente este colapso não ocorre porque o surfactante, que é um fosfolipídeo, diminui a tensão superficial, mas se houver deficiência no surfactante o colapso acontece, como na Síndrome da Angústia Respiratória.

Vamos entender este funcionamento através da Lei de Laplace. Esta lei foi criada para explicar o comportamento das bolhas de sabão. Laplace estudando as bolhas de sabão chegou a equação demonstrada acima.

Neste estudo se verificou que a bolha de sabão é formada por duas membranas, ou duas camadas, que delimitavam duas esferas, uma de maior raio (R1) e outra de menor raio (R2), estudando da relação entre raio e pressão dentro da bolha, chegou a equação acima.


A tensão (T) da equação está relacionada com o grau de distensão da membrana da bolha, quanto maior for esta distensão maior será a tensão. Esta equação foi aplicada ao alvéolo.

O alvéolo teria um comportamento semelhante a de uma esfera, a equação de Laplace seria adequada a uma esfera, onde só existe um raio (R1=R2).

P = T . [(1/R1) + (1/R2)] => R1 = R2 => P = 2.T/R

A equação de Laplace para cilindros (vasos) seria, neste vasos só se admite que exista apenas um único raios (R), o raio da secção transversal do vaso, o outro raio que seria da secção longitudinal não existe, porque tende a infinito (∞). Nesse caso ficaria a seguinte equação:

P = T . [ (1/∞) + (1/R) ] => P = T / R

Se pegássemos dois balões e ligássemos estes dois balões, sendo um maior do que o outro, teriamos a pressão comportando-se da seguinte maneira: Nossa primeira pressão (P1) seria a seguinte, que a pressão do maior fosse para a menor, em um sistema como este, o balão maior vai crescer ainda mais e o menor murcha.

Esse comportamento é explicado da seguinte maneira: O balão de raio R1, pelo fato de ter menor raio ele tem maior pressão interna, e o balão de raio R2, pelo fato de ter maior raio, diminui a pressão dentro dele, concluímos que a pressão interna é maior no balão 1 e menor no balão 2, ou seja, se o balão 1 tem maior pressão ele esvaziará para o balão maior. Isto tudo mantendo a tensão (T) constante.

Pela Lei de Laplace os alvéolos a se encherem serão preferencialmente os maiores, porque são os que tem menor pressão. Pele Lei de Laplace, na inspiração só deveria insuflar os alvéolos maiores, e os menores não, chegando os menores a se colabar. Na prática isto não ocorre, pois todos os alvéolos, tanto os maiores como os menores, são insuflados. Isto é explicado pela ação do surfactante, pois reduz a tensão dos alvéolos pequenos e aumenta a tensão dos alvéolos grandes equalizando as resistências, do contrario a insuflação de ar expandiria preferencialmente os alvéolos grandes, porque tem menor pressão interna.

Alvéolo Menor Alvéolo Maior↑ Surfactante ↓ Surfactante↓ Tensão ↑ Tensão

A explicação da Equalização das Resistências nos alvéolos é dada da seguinte maneira: admite-se que nos alvéolos pequenos se tem uma maior concentração de surfactante, já no alvéolo maior o


nos alvéolos pequenos se tem uma maior concentração de surfactante, já no alvéolo maior o surfactante está mais disperso. No alvéolo pequeno a maior concentração de surfactante leva a diminuição da tensão. No alvéolo grande se tem exatamente o contrário, menor concentração de surfactante, aumentando a tensão. Este mecanismo compensa a Lei de Laplace.

Pela Lei de Laplace o alvéolo maior deveria ser insuflado preferencialmente, mas pelo fato do maior ter maior tensão, ele oferece maior resistência a insuflação. Pela Lei de Laplace o alvéolo menor não deveria ser insuflado, mas acontece que no alvéolo menor, pelo fato de se ter mais surfactante, existe uma menor tensão, como a tensão diminui, fica mais fácil inflar o alvéolo menor.

Ou seja, o aumento da tensão compensa a diminuição da pressão e vice-versa.

O surfactante reduz a tensão superficial, equalizando as resistências entre os alvéolos grandes e pequenos. Por isto é que todos os alvéolos são insuflados.

Coeficiente Ventilação-Perfusão

Quando se fala em hematose, fica-se muito preocupado com o gradiente de concentração (ΔC), achando que só esta medida é suficiente, mas na verdade para que ocorra a hematose é necessário que além do ΔC é necessário que haja fluxo, através do capilar. Em nada adiantaria você entupir o alvéolo de oxigênio, se não houvesse fluxo capaz de absorve este oxigênio. Este fluxo em se tratando de pulmão, ele é normalmente referido como Perfusão, que significa o fluxo de sangue através do pulmão.

Imaginemos uma situação hipotética: temos o fluxo no capilar, mas não se tem a ventilação, não entra ar no alvéolo, só tem fluxo. Nestas condições, como não está entrando ar, as tendências das concentrações gasosas é se equilibrarem. Esta é uma situação em que a Ventilação é nula.

Este parâmetro, chamado de coeficiente Ventilação-Perfusão, avalia exatamente esta situação hipotética.

Vamos admitir uma segunda situação hipotética: Não se tem perfusão (fluxo no capilar), temos só ventilação, o oxigênio não pode ser perdido para o sangue, pois não se tem perfusão, não ocorrerá a hematose, se o oxigênio não vai ser perdido significa que a concentração de O2 vai crescer, e a pressão de CO2 deve diminuir, porque o CO2 não esta sendo ganho no sangue. Pois vai se equilibrar com as vias aéreas superiores.

Na prática, nem a perfusão, nem a ventilação é zero. Temos um meio termo, que nos dá uma pressão do O2 em 104 (normal) e a pressão de CO2 em 40 (normal).

Existe um exame chamado de cintilografia de ventilação-perfusão, que mede exatamente o fluxo no


Existe um exame chamado de cintilografia de ventilação-perfusão, que mede exatamente o fluxo no pulmão, este exame é muito utilizar para o diagnóstico de embolia pulmonar, porque se houver alguma região do pulmão com baixo fluxo vai aparecer na imagem, onde é aplicado um contraste radioativa para servir de marcador.


ATIVIDADE RADIOATIVA

A radiação se origina invariavelmente do átomo. As vezes a radiação vem do núcleo do átomo, como a radiação gama (γ), as vezes vem da eletrosfera como o raio X, mas vem sempre do átomo.

Definição:Radioatividade é a emissão espontânea de partículas ou de ondas eletromagnéticas provenientes de núcleos instáveis com excesso de matéria ou de energia.

Nesta definição quando se diz: é uma emissão espontânea de partículas ou de ondas, já está se classificando as emissões radioativas em dois grandes grupos, tendo emissões que são de natureza eletromagnética (ondas - raio γ, raio X, raio UV), temos também emissões que são partículas (partícula α, emissão de elétrons, emissão de anti-elétrons, emissão de neutrons), que são chamadas de radiação corpusculares ou particuladas, que em geral as emissões corpusculares são mais lesivas, sendo mais perigosas, causando mais danos biológicos do que as radiações eletromagnéticas.

Ondas Eletromagnéticas:Partículas: radiações corpusculares

2 Grandes grupos:

Núcleos instáveis com excesso de matéria ou de energia significa que a radiação é emitida porque existe este excesso de matéria ou de energia. Devemos entender a radioatividade como sendo a liberação do excesso de matéria ou do excesso de energia que o átomo tem.

Sabemos que toda amostra radioativa, um dia vai deixar de ser radioativa, porque o átomo libera essa matéria ou energia em excesso e depois se torna estável, deixando de emitir radiação.

Representação do Elemento Químico-

N = número de nêutrons

A = Z + N e Z = A - N

Existe uma explicação mais simples e outra mais complicada para explicar por que alguns elementos emitem radiação. A simples é a que emitem radiação porque tem excesso de matéria ou de energia. Em uma explicação mais detalhada vamos ver mais a frente.

Podemos dizer que as radiações α tem pouca importância para medicina, devido ao seu alto poder de lesão e de danos biológicos que produz, não é utilizada em procedimentos, diagnósticos e tratamento, pois é extremamente perigosa e danosa.

Só é importante do ponto de vista médico porque pode haver uma exposição acidental a radiação α, podendo causar muita lesão.

Portanto a radiação α é uma emissão corpuscular, extremamente ionizante, formada por

Emissão de Partículas α (alfa)-

Biofísica II ...

N

Aula 14/04/2011quinta-feira, 14 de abril de 201113:49


Portanto a radiação α é uma emissão corpuscular, extremamente ionizante, formada por dois prótons e 2 nêutrons. Por ser formada por partículas a radiação α não é uma onda.

A figura abaixo mostra um decaimento hipotético α, tendo um núcleo pai de um elemento radioativo, com excesso de matéria e energia, que estão emitindo partícula α. Os dois prótons e 2 nêutrons vem do núcleo pai. Quando se emite a partícula α libera 2 prótons e 2 nêutrons, como se o núcleo se fragmentasse, formando a partícula α. Com esta liberação o núcleo pai dá origem a um outro elemento químico.

Dessa maneira, o decaimento α origina outro elemento químico, com número atômico diferente. Isto é o que chamamos de Transmutação Radioativa, que é a transformação de um elemento químico em outro, mediante a liberação de radiação. Portanto, a Transmutação mexe com o número atômico, mexendo, também, com a identidade do elemento químico.

Na figura acima, temos uma demonstração de decaimento α, onde o Radio emite partículas α, se transformando em Radônio. Observe que o esquema é uma convenção internacional, onde se demonstra o decaimento apontando uma seta para baixo, significando que o núcleo pai tem mais energia do que o elemento filho, demonstrando um decaimento de energia, sendo a energia liberada através da radioatividade. Como a radiação emitida tem carga positiva, a seta tem uma inclinação para esquerda. Se tivesse carga negativa a seta teria inclinação para a direita. Lembrando que este esquema é uma convenção internacional.

Observe que além da energia α é liberado, discretamente, a energia γ. É praticamente raro encontrar a liberação de partículas puras, pois quando toda a radiação é emitida, seja na forma de partículas α, seja na forma de anti-elétrons, elétrons, os decaimentos quase sempre são acompanhados de onda eletromagnética gama (γ). Podemos dizer que a energia

Convenção Internacional de Representação-


sempre são acompanhados de onda eletromagnética gama (γ). Podemos dizer que a energia gama, geralmente, acompanha a emissão de partículas.

Assim, quando o núcleo pai emiti radiação na forma de partículas, essa partícula, geralmente, nunca vai pura, onde se libera a partícula e juntamente com ela, libera energia gama (γ), as duas coisas juntas.

A energia γ acompanha a emissão de partículas porque a partícula não consegue dissipar todo o excedente de energia que tem no núcleo, então para que toda a energia excedente seja dissipada é preciso que exista a liberação de partículas e também de energia γ.

Interação Alfa (α) - Matéria•

Então, podemos dizer que a partícula α é uma radiação corpuscular, pois é formada de partículas, que tem carga positiva, tendo a representação abaixo, onde o número atômico é formado por 2 prótons, mas também é formada por 2 nêutrons, portanto sua Massa é 4. Trata-se de uma radiação de carga positiva, relativamente pesada, porque tem uma massa 4, tendo baixo poder de penetração na matéria e nos tecidos. Embora penetre pouco, ela é extremamente ionizante e lesiva.

2α+24 ↑ Ionização = ↑ Lesividade

Esta partícula α consegue ionizar e lesar as biomoléculas da seguinte maneira. Devemos associar o poder de ionização com lesão, quanto mais for ionizante maior será a lesão.

A figura acima mostra como é que a radiação α interage com o meio afetado. A partícula α, que tem carga positiva, penetra no meio biomolecular retirando elétrons deste meio. Retira elétrons porque eles são orbitais e negativos, sendo a partícula α positiva, ela exerce a atração eletrostática retirando os elétrons do domínio orbital, deixando estas biomoléculas ionizadas.

A lesão produzida pela radiação tem início no nível biomolecular, a radiação começa a danificar as células no menor nível de complexidade da célula, o nível biomolecular. A ionização biomolecular produz lesão porque atinge o DNA provocando uma série de alterações na sua estrutura que irão interferir diretamente nos processos de reprodução celular e síntese protéica, repercutindo na fisiologia do corpo como um todo, podendo ocasionar diversos tipos de câncer.

A ionização produz lesão porque as biomoléculas são mantidas, principalmente, por ligações covalentes, na medida em que se retira elétrons vai se rompendo ligações químicas. Como a radiação pode quebrar ligações químicas de DNA, ligações peptídicas, ponte de hidrogênios, desnaturar proteínas, inativar enzimas, esta mudança poderá acarretar diversos problemas.

Se um elétron é retirado a ligação química é desfeita, pois o elétron é compartilhado por dois átomos, se ele é retirado se quebra a ligação.


Então podemos dizer que a radiação α ioniza as biomoléculas e o meio material de duas maneiras: a primeira por atração eletrostática entre a partícula e os elétrons do meio material, e a segunda através de sua energia cinética, pois quando a radiação penetra nos tecidos tem muita velocidade e com isso vai "dando ponta pé" ao encontrar os elétrons do meio material jogando para fora do átomo, transferindo sua energia para o elétron, retirando-o da órbita, deixando a molécula ionizada.

O mecanismo de ionização se dá através de dois processos: atração eletrostática entre a partícula e os elétrons do meio material e através da energia cinética da partícula α, que tem uma velocidade muito elevada.

A partícula ioniza muito mais quando ela vai perdendo velocidade na penetração, quanto mais penetração maior a ionização, ou seja, naquele momento em que a partícula vai perdendo sua energia cinética, vai desacelerando, sendo neste momento que mais se ioniza, porque é nesse momento que ela começa a retirar os elétrons por atração eletrostática. De início a partícula retira pela energia cinética, mas quando ela vai perdendo velocidade, vai retirando pela atração eletrostática, sendo neste momento em que se produz um maior número de ionizações.

Se houver uma exposição acidental a uma radiação α há uma tendência da partícula se concentrar no tecido ósseo, porque este tecido é o mais denso, onde vai penetrar até um certo ponto, dependendo da energia, se concentrando neste ponto.

Não deve relacionar o poder de lesão com o poder de penetração, penetração é uma coisa e lesão é outra, a radiação α penetra pouco, mas é extremamente lesiva. Isso tem um aspecto positivo, pelo fato da radiação α ter uma baixa penetração é a que oferece maior facilidade proteção.

As radiações que requerem uma blindagem mais segura são as radiações eletromagnéticas, requerem um vigor maior na proteção, porque são radiações extremamente penetrantes, e que por isso oferecem dificuldade de proteção.

A radiação α não é assim, até mesmo um tecido consegue blindá-la.

Quando se fala na penetração da radiação, leva-se em consideração que a penetração de qualquer forma de radiação vai depender de duas características: da natureza desta radiação e da energia do feixe. Obviamente que, mesmo esta radiação α penetrando pouco, se for aumentado a sua energia ela vai passar a penetrar mais. Portanto, deve-se levar em consideração não só a natureza, mas a energia do feixe. Isso é controlado diariamente na radiologia clínica, quando se vai fazer uma radiografia, a energia do feixe incidente vai depender do tipo de imagem que se quer obter. Se quer uma imagem de tecido profundo, será necessário um feixe mais energético, para conseguir penetrar bastante; se quiser uma imagem mais superficial a energia do feixe será menor. A mesma coisa acontece na radioterapia de tumores, quanto mais energético for o feixe mais profundamente ele vai atuar, fazer uma radioterapia de pele a energia é muito baixa, se for fazer uma radioterapia de pulmão a energia tem que ser mais alta.

O poder de penetração de qualquer radiação vai depender da natureza física, porque em geral as radiações que tem mais massa penetram menos, e as que tem menos massa ou não tem massa penetram mais.

Decaimento Negátron•

O Decaimento Negátron é, também, chamado de Radiação de Emissão de Elétrons, que por sinal é uma radiação utilizada na radioterapia e o aparelho que utiliza este tipo de radiação foi batizado como acelerador linear.

A partícula deste tipo de radiação é conhecida com β-, e também, de elétron (e-), assim você tratar pacientes com feixes de elétrons. A partícula β- é chamada de elétron (e-) porque tem


tratar pacientes com feixes de elétrons. A partícula β- é chamada de elétron (e-) porque tem a mesma carga negativa e a mesma massa desprezível do elétron. Portanto, esta radiação é conhecida como Radiação β-, Radiação Negatrônica ou ainda Emissão de Elétrons.

A origem desta radiação é demonstrada na figura acima, onde se tem um núcleo pai hipotético, com número atômico 2 e massa 5, que está emitindo um elétron, a partícula β-, e está se transformando em outro elemento químico, porque neste decaimento negátron durante a emissão admite-se que um nêutron se transforma em um próton, se isto acontece, obviamente o número atômico deve aumentar em uma unidade, no exemplo acima passando a ficar com 3 prótons, mas o número de massa não varia, continuando a mesma, a massa não varia porque aquilo que se perdeu em prótons ele ganhou em nêutrons, isso é chamado em radiologia de Decaimento Isobárico, ou seja, é aquele em que o número de massa não varia.

Sabemos que a emissão de elétrons e de anti-elétrons são decaimentos isobáricos, ou seja, que mantém constante o número de massa.

Anteriormente foi visto que a emissão de partículas, geralmente, são acompanhadas de energia eletromagnética gama (γ), o mesmo se aplica neste decaimento, ou seja, a energia γacompanha este processo.

No exemplo acima temos o decaimento do Iodo 131, que emite radiação β- e γ. Este Iodo 131 tem enorme importância para medicina, pois é o tratamento de referência para o hipertireoidismo. Existe 3 modalidades de se tratar o hipertireoidismo, o tratamento cirúrgico, o tratamento medicamentoso e o tratamento com o Iodo 131. O tratamento com o Iodo 131 funciona da seguinte maneira: o sujeito portador do hipertireoidismo vai receber uma dose de uma solução contendo Iodo 131, que sofrerá captação pela tireóide, pois na célula folicular tireoidiana existe iodeto, que é concentrado, então este Iodo 131 vai se acumulando pela glândula tireóide, sendo que este Iodo não o iodo estável 127, este não emite radiação, o Iodo 131 que está se acumulando na glândula é radioativo e começa a liberar a radiação β- e γ, com o passar dos dias essa radiação vai produzir uma destruição celular, ou seja, gradativamente vai se atrofiando a glândula. Como isto se obtêm resultado no tratamento, porque diminuiu a função da glândula, diminuindo os níveis de hormônios, diminuindo o hipertireoidismo, sendo que isto gera um inconveniente, que é todo doente que se trata com o Iodo 131, para o hipertireoidismo, terá um hipotireoidismo teratogênico,


que se trata com o Iodo 131, para o hipertireoidismo, terá um hipotireoidismo teratogênico, pois o Iodo 131 irá destruir completamente a glândula, sendo os níveis de hormônio T3 e T4 eliminados, com isto o paciente vai depender para o resto da vida da reposição hormonal exógena.

No acidente no radioativo no Japão foram distribuídos capsulas de Iodo 127, que não é radioativo, para evitar que o Iodo 131 seja absorvido pela tireóide, fazendo uma administração preventiva do Iodo não radioativo 127.

Nos procedimentos da medicina nuclear não é interessante trabalhar com isótopos que tem uma meia vida longa, porque o paciente será exposto a um excesso de radiação, sendo desnecessário. Portanto o ideal é que o tempo de meia vida não seja muito longo.

O Iodo 127 é isótopo do Iodo 131 porque tem o mesmo número atômico 53. O termo Radioisótopo na literatura é designado para aquele isótopo que emite radiação. Portanto, só o Iodo 131 é radioisótopo, sendo o Iodo 127 somente isótopo (isótopo do iodo 131).

Na figura acima demonstra-se outro decaimento, que mostra a emissão de radiação β- do Carbono 14, decaindo em Nitrogênio, observe o número atômico aumentando uma unidade e o número de massa permanecendo constante, ou seja, uma Transmutação Isobárica.

Vimos que está radiação β- é lesiva, é ionizante.

Nem toda radiação é ionizante. Temos aqueles radiações que não são ionizantes e são chamadas de Radiações Excitantes. Podendo a radiação excitante provoca lesão, como a radiação UV, que é excitante, porém é lesiva, pois a lesão da radiação excitante depende da energia, se tiver muita energia poderá provocar a lesão.

Ionização significa que o feixe e radiação incidente tem energia suficiente para retirar um elétron da camada orbital, produzindo um íon, então dizemos que uma radiação é Ionizante quando um elétron é retirado do átomo, produzindo um íon.

Na radiação excitante, como a radiação UV, não tem essa energia, mas sua energia é suficiente para deslocar o elétron para uma camada mais alta, esse processo é chamado de excitação, ou seja, não se retira elétron, apenas deslocando-o para um nível mais alto.

Interação Beta (β) - Matéria•

A radiação β- ioniza da seguinte forma: temos uma partícula β- que quando penetra nas biomoléculas provoca uma redução eletrostática, pois a partícula é negativa e o elétron orbital é negativo, então ao encontrar este elétron vai repelir e com isto vai ionizar. Além disso, essa partícula tem muita energia cinética, e isso também ajuda a ionizar o meio material e as biomoléculas.


Portanto a Radiação β- é chamada de emissão de elétrons, pois possui a mesma carga negativa e a massa desprezível do elétron, é amplamente utilizada na medicina para radioterapia de tumores em cintilografias, penetra mais no meio material do que a radiação α, quando se reportar ao poder de penetração teremos que pensar na massa, se a massa for pequena ou se não existir, significa que a radiação é muito penetrante, que é difícil se proteger dela; ao contrário, se tem muita massa, é mais fácil de se proteger.

Neste decaimento se transforma um nêutron em próton, ou seja, o núcleo tem excesso de nêutron, tendendo o núcleo a se desvencilhar desse excesso de nêutron, fazendo-o através da transformação de nêutron em próton.

O que interessa para estabilidade do núcleo é a relação entre nêutrons e prótons, então se tem um excesso de nêutrons é necessário que se diminua para adquirir a estabilidade do núcleo.

Decaimento Posítron (Emissão de Anti-Elétrons)•

O Decaimento de Posítron é chamado de Emissão de Anti-Elétron, este decaimento posítron são de partículas β+ ou emissão de anti-elétrons, pois esta partícula β+ tem a mesma massa desprezível do elétron, porém tem sinal positivo, por isso se chama anti-elétron.

β+ = e+

Na figura temos um núcleo pai hipotético, com um certo número atômico e de massa, emitindo anti-elétrons, e se transformando em um núcleo filho, onde o número atômico deste novo núcleo diminui. Ele vai diminuir porque um próton se transforma em nêutron


deste novo núcleo diminui. Ele vai diminuir porque um próton se transforma em nêutron durante a emissão, durante a emissão radioativa um próton se transforma em um nêutron, por isso que o número atômico diminui a quantidade.

Relembre que no Decaimento β- o número atômico vai aumentar, já no Decaimento β+ o número atômico vai diminuir.

Mas esse decaimento é isobárico, porque o número de massa não varia.

Se o átomo está transformando próton em nêutron, devemos entender que ele está se desvencilhando do excesso de prótons, portanto este decaimento β+ é típico de núcleo que tem excesso de carga positiva, ou seja, é típico de isótopos que tem excesso de prótons.

Esses isótopos com excesso de prótons, geralmente, decaem emitindo anti-elétrons.

No exemplo acima temos demonstrado um Decaimento Posítron, onde o Flúor (F), de número atômico 9 e número de massa 18, emitindo anti-elétrons, se transformando em Oxigênio (O), perceba que o número atômico diminuiu uma unidade.

É interessante que dentro da medicina tem um tratamento com o uso das tomografias que é chamado de Petscan, Tomografia Computadorizada por Emissão de Posítrons, onde a técnica consistem em aplicar um contraste radioativo que contém a desoxifluorribose (tipo de glicose), que possui o flúor radioativo, em um tecido qualquer que tenha uma massa tumoral, que tem uma atividade metabólica mais rápida, como o esta glicose que chega no tumor é marcada radioativamente, essa massa tumoral passa a emitir radiação, permitindo ao aparelho localizar a imagem, apresentando um contraste diferente.

Aniquilação de Matéria•

Sabemos que o anti-elétron ao reagir com o elétron do meio material origina uma radiação γ (gama), sendo um fenômeno quântico, é suficiente que se entenda que elétron e anti-elétron ao reagirem no meio material original radiação gama (γ), essa equação poderia ser demonstrada como abaixo:

e+ + e- <========> γβ+ + β- --------------> γ

Assim, no exemplo acima, quando o Flúor libera a partícula β+, essa partícula vai ter existência efêmera, dura muito pouco, pois quando ela é liberada, ela rapidamente encontra elétrons que estão no meio material, originando uma radiação γ, é por isto que a técnica de Petscan a radiação que vai permitir ver a imagem não é a β, pois essa desaparece rapidamente, a que vai permitir ver a imagem é a radiação γ. Este processo em que o elétron reage com o anti-elétron originando radiação γ é conhecido com Aniquilação de Matéria.


A Aniquilação de Matéria é o processo pelo qual a radiação β- ao reagir com a radiação β+ origina raio γ, sendo este que permite ao clínico ver a imagem do tumor. Este tumor vai apresentar maior contraste por terá mais Desoxifluorribose, pois possui um índice metabólico mais alto. Sendo este o fundamento da técnica Petscan, que é considerado o top das técnicas de tomografia computadorizada.


Biofísica II ...

Porque alguns elementos emitem radiação e outros não emitem?

Temos como exemplo o Iodo 131 (13153I78) que é isótopo de Iodo 127 (127

53I74). Vimos que o Iodo 131 é muito utilizado na medicina para tratamento de Hipertireóidismo. Se analisarmos na configuração veremos que o Iodo 131 é isótopo de Iodo 127, sendo que o Iodo 127 é estável, não emite radiação, e o Iodo 131 é instável, portanto é um radioisótopo, ou seja, um isótopo que emite radiação. Na configuração do Iodo 131 veremos que existem 78 nêutrons, enquanto que o no Iodo 127 existem apenas 74, demonstrando um excesso de nêutrons em relação ao seu isótopo estável (Iodo 127).

13153I78 127

53I74

Instável Estável(excesso de nêutrons) (não radioativo)(radioativo, emissão β-)

O decaimento que diminui o número de nêutrons é o β-, porque neste decaimento um nêutron se transforma em próton, sendo por esta razão que naqueles elementos que são ricos em nêutrons em relação ao seu isótopo estável, geralmente, estes elementos decaem por Emissão β-, ou seja, o elemento emite nêutrons, procurando se desvencilhar deste excesso de nêutrons que possui, mas para isso ele emite radiação β-.

O contrário podemos afirmar para o Flúor 18, que e utilizado com técnica de tomografia Petscan,

tomografia por emissão positrônica. Se analisarmos o Flúor 18 (189F9)em relação ao Flúor 19 (19

9F10) perceberemos ao contrário, onde o Flúor 18 é pobre em nêutrons em relação ao seu isótopo estável, o Flúor 19, o isótopo estável tem 10 nêutrons e o Flúor 18 tem 9 nêutrons, tanto faz dizer que o elemento é pobre em nêutrons ou rico em prótons, pois o que interessa para estabilidade do núcleo é a relação nêutron X próton. Assim, podemos dizer que o Flúor é rico em prótons. O decaimento que diminui a quantidade de prótons é o β+.

189F9 19

9F10

Instável Estável(pobre em nêutrons) (não radioativo)(radioativo, emissão β+)

O elemento sofre um tipo de decaimento que elimina a partícula que tem em excesso. Então os elementos que são ricos em nêutrons vão sofrer decaimento β- e os elemento que são pobre em nêutrons ou rico em prótons vão sofrer decaimento β+.

Se o elemento for rico nas duas coisas (nêutrons e prótons), ou seja, se tiver um núcleo muito rico em matéria, geralmente este elemento vai decair em α, pois permite que sejam retiradas do núcleo 2 nêutrons e 2 prótons.

Começaremos a falar em radiação eletromagnéticas, particularmente sobre a radiação X e γ. Quase tudo o que for dito para radiação X se aplica a radiação gama (γ), porque são radiações muito parecidas, sendo ondas eletromagnéticas (se propagam em forma de ondas). Como são ondas eletromagnéticas não tem carga e massa, ou seja, a onda eletromagnética não tem carga e não tem massa. Pelo fato da radiação X e γ não ter massa são de alta penetração na matéria dos tecidos, são radiações extremamentes penetrantes. Este fato tem uma vantagem e uma desvantagem: - A vantagem é que a boa penetração permite que sejam utilizadas para obtenção de imagens, no tratamento de tumores. - A desvantagem é que devido a sua alta penetração, são as radiação que apresentam maior dificuldade de proteção. É fácil se proteger das particuladas, mas é mais difícil se proteger do raio X, devido a sua alta penetração.

Como não tem carga poderia surgir a dúvida: "Será que ioniza?". A resposta é que ioniza, mesmo sem

Aula 05/05/2011quinta-feira, 5 de maio de 201122:29


Como não tem carga poderia surgir a dúvida: "Será que ioniza?". A resposta é que ioniza, mesmo sem carga, pois este uma relação entre carga elétrica e poder de ionização, geralmente as radiações que tem mais carga elétrica são mais ionizantes, sendo que a que não tem carga ioniza menos. Um feixe de radiação X ioniza muito menos do que um feixe de radiação β ou α de mesma energia. Assim a radiação X e γ tem alta penetração e baixo poder de ionização.

A grosso modo, não existe diferença entre as radiações X e γ, se observarmos o espectro eletromagnético veremos que a origem da radiação X é sempre orbital e a origem da radiação γ é sempre nuclear. Assim, a radiação γ se origina do núcleo e o raio X se origina da eletrosfera.

γβ

Formação de Raios-X Característicos-

A formação do Raio se dá através do processo de Raio-X Característico. Essa formação se dá pela seguinte maneira: Temos a eletrosfera, onde por uma razão qualquer se retirou um elétron de uma camada da eletrosfera, como esta camada ficou vazia se forma o que se chama de vacância eletrônica, ou seja, o nível quântico foi desprovido do elétron. Quando esta vacância se forma o elétron que está na camada imediatamente acima muda de nível e vem preencher a vacância da camada vazia, durante este salto do elétron de uma camada para outra, o elétron libera energia em forma de raio-X. Assim, o Raio-X é proveniente do preenchimento da vacância, na transição, quando ele salta de uma camada para outra. Esse nome "Raio-X Característico" é pelo fato da energia ser característica desta transição. Sendo a energia deste raio-x típica de uma camada superior para uma camada inferior, se fosse ao contrário a energia liberada seria diferente. Assim, a energia do raio-x é típica dos níveis L e K. Assim, a vacância que se formou na camada L será preenchida por outro elétron da camada I, existindo uma sucessão de preechimentos, onde um vai preencher o espaço do outro. Esse reordenamento da eletrosfera é o Rearranjo Orbital, que libera a radiação X, sendo uma das forma de obter o raio-X.

Outra forma de se obter o raio X, que é a mais utilizada na clínica, é pelo processo de frenagem, que é a radiação X provenientes das ampolas. Quando um sujeito vai fazer uma radiografia a radiação é emitida através da ampola. Dentro da ampola existe circuitos trabalhando, um de baixa voltagem e outro de alta voltagem, no circuito de baixa voltagem tem a função de aquecer o cabo do filamento, após aquecido começa a liberar elétrons, isso se chama efeito termoelétrico, que diz que todo metal quando aquecido no vácuo libera elétrons. Nesse momento ainda não se tem a emissão de radiação, apenas o desprendimento de elétrons, quando a radiação vai ser emitida, é acionado a fonte de alta tensão que gera uma DDP (diferença de potencial elétrico), entre o catodo e o anodo, neste momento a nuvem eletrônica que se formou em torno do filamento é rapidamente acelerada em direção ao anodo, durante esta trajetória os elétrons adquirem uma determinada energia cinética, ido em encontro ao anodo, quando esta nuvem de elétron encontra o anodo é subitamente desacelerada, daí o nome frenagem. É nesse processo de desaceleração que parte da energia cinética adquirida pelos elétrons, é convertida em raio X, uma outra parte da energia é dissipada em forma de calor.


Ampola do Anodo Giratório-

Na figura acima verificamos uma ampola mais realista, onde o anodo é giratório, em forma de disco, como o anodo sofre um desgaste natural com o uso freqüente através da descarga de elétrons, para aumentar a vida útil o anodo passou a ser giratório, permitindo um desgaste homogêneo de todo o anodo, permitindo um aumento da vida útil do anodo. A ampola é imersa em um óleo mineral, que tem dupla função: dissipar parte do calor que se forma na ampola, e servir de isolante elétrico.

Assim, temos que o processo de frenagem é m processo artificial de produção de raio X.

O técnico controle a energia do raio X através da fonte de alta tensão, pois quanto maior a tensão maior será a energia cinética adquirida pelos elétrons e mais energético será a resistência. Então, controlando a tensão pode-se controlar a energia do Raio X, sendo importante porque se tem radiografias que requerem mais energia do outras, como um tecido profundo. Existe ainda um temporizador, que marca o tempo em que a energia é liberada, sendo muito utilizado em radioterapia. Se faz radioterapia não só com radiação γ, mas também com raio X, este é muito utilizado na radioterapia de tumor de pele.

Origens da Radiação Gama-

Quem tem meia vida é o elemento químico radioativo, no caso de frenagem não se pode falar em meia vida, porque é um processo artificial onde a radiação é gerada a partir da eletricidade. Só se fala em meia vida para falar de fontes que contém elemento radioativos.

Lembre-se que quando foi mostrado o decaimento do Iodo 131, na emissão da radiação β também emitia a radiação γ, nos decaimentos que emitem partículas α, também, tem a radiação γ associada. Isto quer dizer que a radiação γ geralmente acompanha a radiação de partículas, quer dizer, quando um elemento radioativo emite partículas α ou β, geralmente a radiação γ vai junto. Esta é uma das origens da radiação γ. Existe uma outra origem para radiação γ é através do processo de transição isomérica.

Isômeros são dois elementos que tem a mesma configuração pelo número de massa, número atômico e de nêutron, mas existe uma diferença de energia. No exemplo abaixo o Tc é chamado de metaestável,


de nêutron, mas existe uma diferença de energia. No exemplo abaixo o Tc(M) é chamado de metaestável, pois tem mais energia, já o Tc(f) é chamado de fundamental. Então, quando se tem duas espécies atômicas idênticas e com uma mesma configuração, mas diferindo apenas na energia se está diante de dois átomos isômeros. Sendo que o Tc(M) se transforma (decai) em Tc(f) liberando o excesso de energia na forma de raio γ. Este processo é chamado de transição isomérica.

9943Tc(M) --------> 99

43Tc(f)

(Metaestável) (Fundamental)

Não é bom que se utilize um elemento que tenha meia vida longa, pois o paciente será exposto desnecessariamente a uma radiação durante muito tempo. Só se quer a radiação em pouco tempo, o tempo suficiente para se obter a imagem, depois é bom que a radiação desapareça. Portanto o tempo de meia vida deve ser curto.

•

Deve ter baixo poder de ionização, ou seja, baixo poder de lesão. Só se quer diagnóstico por imagem, não se está fazendo radioterapia, não sendo necessário uma radiação altamente radioativa.

•

Este decaimento é amplamente utilizado nas técnicas de cintilografia, pois esta se baseia na aplicação, geralmente, endovenosa de um contraste radioativo, onde esta substância leva um marcador como o Tc(M) , sendo este que vai se distribuir no órgão ou tecido, permitindo a formação da imagem, pois a imagem será formada exatamente a partir da captação da radiação γ. É dado uma ênfase para o Tc na técnica da cintilografia por duas razões:

O Tc atende a estas duas razões, tendo um tempo de meia vida curto (6 horas) e baixo poder de ionização, pois emite radiação γ pura e sem partícula. Nos demais decaimentos a radiação γ é emitida com partículas, não sendo bom para o paciente, pois a partícula é mais ionizante (lesiva). Assim, quando se utiliza o Tc(M) libera-se radiação sem partículas se tornando menos ionizante.

O Tc advém do decaimento do Molibdênio (Mo). O Mo emite radiação β- e se transforma em Tc .


O Tc(M) advém do decaimento do Molibdênio (Mo). O Mo emite radiação β- e se transforma em Tc(M). Em uma segunda etapa o Tc(M) se transforma em Tc(f).

A radiação γ tem baixo poder de ionização e de lesão, mas mesmo sendo baixo ela ainda ioniza.

Efeito Fotoelétrico•Efeito Compton•Formação do Par Iônico•

A radiação γ e Radiação X utilizam basicamente três mecanismos:

Significa a retirada de um elétron orbital quando o elemento absorve energia incidente. Está se expondo uma molécula a uma energia γ (fóton). Este fóton incidente retira o elétron da camada, formando uma vacância, esse elétron que foi perdido é chamado de fotoelétron, e o processo é chamado de Fotoelétrico. Sendo um processo que ioniza, porque a partir do momento em que se perdeu o elétron o átomo se ionizou.

Efeito Fotoelétrico-

O Efeito Fotoelétrico é típico das baixas exposições, como na realizações de Radiografias. Boa parte da interação que o corpo tem com a energia X se dá por efeito fotoelétrico, ele ocorre com exposições baixas de até 1 mega eletrovolt, pois esta energia baixa só tem condições de retirar um único elétron.

Se a energia fosse superior a 1 mega eletrovolt geraria o Efeito Compton ou Espalhamento Compton. Isto se dá no mesmo princípio do Efeito Fotoelétrico. Onde se tem um fóton incidente que retira um elétron, este elétron perdido é chamado de elétron Compton, só que como o fóton tem muita energia ele consegue retirar este primeiro elétron, só que ao invés de retirar somente este primeiro elétron, vai retirar um segundo elétron de outro átomo, adquirindo energia suficiente a retirada de um terceiro elétron de outro átomo e assim por diante. Ou seja, no Efeito Compton devido ao fóton ter muita energia consegue retirar vários elétrons. Recebe o nome de Espalhamento Compton porque contribui para espalhar a radiação no meio material.

Efeito Compton-

Veja que quando ocorre esse efeito, está se espalhando fótons em diferentes direções. Na medida


Veja que quando ocorre esse efeito, está se espalhando fótons em diferentes direções. Na medida em que se forma fótons em direções aleatórias, está contribuindo para espalhar a radiação no meio material, é por esta razão que o Efeito Compton dificulta a proteção radiológica, tornando-a mais difícil.

O processo de formação do par iônico é exatamente o contrário da aniquilação da matéria.

Quando a radiação β do meio material reage com o par ditos β+ a reação origina radiação γ, essa reação poderia ser escrita da seguinte forma:

e+ + e- <========> γβ+ + β- --------------> γ

Esta reação é a de Aniquilação de Matéria. No sentido contrário é de formação do par iônico.

Os pares iônicos são os elétrons e anti-elétron. O processo de formação do par é outro método de interação, quando a radiação γ passa próximo ao núcleo, podendo formar elétrons β- ou β+, sendo o processo inverso da aniquilação de matéria.

Essa formação do par iônico não tem muita importância do ponto de vista clínico, porque requer energias muito altas, energias que não são empregadas na medicina.

Isto é o que se chama de radiação primária e secundária, muitas vezes a radiação quando interage com a matéria, ela dá origem a outras formas de radiações. Veja, se expõe um sujeito a uma radiação γ, sendo esta radiação a primária, mas quando a radiação γ interagem com a matéria forma outras radiações intercorrentes, que são chamadas de radiações secundárias. Assim, radiações secundárias são provenientes a interação da radiação primária com a matéria.

Formação do Par Iônico-

A imagem na radiologia clínica é produzida por Raio-X artificial chamado de Raio-X de Frenagem, então vamos entender o fundamento do método.

R-Xi R-Xe

↓e

↑e

Imaginemos uma estrutura óssea, que será necessário um raio-x, inicialmente temos os fótons de radiação X, que estão chegando perpendicularmente na estrutura anatômica, estes fótons que chegam é a chamada Radiação Incidente (R-Xi), é o raio X que chega. Alguns fótons passam pelo tecido ósseo e outros passam por tecido mole (músculo, vasos, pele) que tem uma densidade menor. Quando a radiação X interagem com a matéria tem-se um processo interessante, onde a estrutura vai absorver parte desta radiação, ou seja, o tecido absorve uma parte da radiação e

Fundamento da Formação da Imagem-


estrutura vai absorver parte desta radiação, ou seja, o tecido absorve uma parte da radiação e outra parte deixa passar, isso é definido como absorbância e transmitância, se absorve uma parte, mas outra parte não, sendo esta transmitida. Esta parte que é transmitida é chamada de raio X Emergente (R-Xe), ou seja, o R-Xe é aquele que emerge da estrutura anatômica.

Quando as estruturas absorvem uma radiação X em função da densidade, geralmente, os tecidos mais densos, absorvem mais Raio X. Assim, o Raio X emergem será pouco energético, porque se teve absorção anterior, isso é conhecido no meio clínico como órgão rádio opaco e órgão rádio transparente (quando não se absorve muito raio X).

O órgão rádio opaco é aquele que absorve muita radiação X, o órgão rádio transparente é aquele que quase não absorve radiação X.

Sais de Prata

Assim, o R-Xe vai chegar na película do filme, sendo nesta película que vai ter a formação da imagem. Essa película que é utilizada na radiografia é formada por uma camada de gelatina, de uma emulsão, sobre uma camada plástica de poliéster. Essa emulsão é formada por Sais de Prata (Ag), principalmente o brometo de prata. A Prata tem uma característica, quando a radiação incide sobre estes sais, desestabiliza-o e a prata precipita na emulsão. Quando a Prata se precipita o filme se torna mais escuro (negro).

O Raio X que emerge do tecido ósseo tem pouca energia, pois já foi parte absorvida, como se tem pouca energia a Prata do filme não irá precipitar, portanto, na posição onde aparece a estrutura óssea vai ficar branco, aquela região correspondente ao osso aparece em branco. Aparece em branco porque não houve a precipitação da prata, ou precipitou fracamente. O Raio X que passou por tecido mole, por ter mais energia, vai fazer com que se precipite mais prata, tornando o filme mais escuro.

A diferença entre o negro e o branco que se vê na radiografia resulta da densidade diferencial dos tecidos, a maneira diferente pela qual os tecidos absorvem radiação. Sabemos que uma radiografia não é apenas o branco e o negro, tendo entre estes extremos diversos graus de cinzas. Essa gradação de cinzas reflete exatamente as densidades intermediárias dos tecidos, existindo tecidos que não são tão densos como o ósseo e nem são tão moles quanto as vísceras (tec. Cartilaginoso). Algumas alterações radiológicas são bem evidentes, porque dão a densidade acentuada, como uma calcificação, um tumor sólido, onde a densidade deste é grande, ficando a estrutura bem aparente na radiografia.

Quando a estrutura não tem uma densidade adequada para que a imagem apareça se usa o contraste, que é chamado de contraste positivo, pois vai fornecer uma densidade maior ao tecido. Temos como exemplo o R-X de estômago, que é um tecido mole, sendo rádio transparente, passando toda radiação, não sendo absorvido nenhuma radiação. Para se visualizar a estrutura é necessário o uso do contraste, dando uma densidade adequada para formação da imagem. Existe contrastes positivos e negativos, com o Ar. O Ar funciona como contraste negativo, porque é um meio de baixa densidade, vai aparecer escuro e não claro.

O pulmão é um órgão rádio transparente, quando há alterações neste órgão, surge variações de densidade que permitem ao radiologista identificar.


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