Biofísica
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O documento discute a biofísica da respiração, incluindo a mecânica da respiração, a pressão pleural, a espirometria e o comportamento elástico dos pulmões. Aborda tópicos como a pressão negativa na pleura, a medição da pressão pleural, os volumes pulmonares e capacidades, e como doenças podem afetar os resultados espirométricos. Também explica a tensão superficial do surfactante alveolar e sua importância na mecânica respiratória.
Biofísica
- 1. Biofísica da respiraçãoA mecânica da respiraçãoAneliAbeCatarina RochaDanilo CostaStéphanieDalmassaThalitaDalboni1
- 2. Movimentação dos pulmõesBiofísica da respiração2
- 3. Pressão Pleural Pleura pulmonar e a pleura da parede torácica3Biofísica da respiração
- 6. Equilibra as forças elásticas intrapulmonares
- 8. Pressão intra-alveolar = pressão atmosférica4Biofísica da respiraçãoPressão Pleural
- 9. Medição:Punciona-se a parede torácica
- 10. Conecta agulha a um manômetroouSonda dotada de balonete longo (esôfago)
- 11. Presão esofágica reflete a pleural
- 12. Esôfago transmite pressões externas5Biofísica da respiraçãoPressão Pleural
- 13. Inspiração volume da caixa torácida
- 17. Entrada de ar6Biofísica da respiração
- 18. Exercícios físicos ou doença obstrutiva
- 19. P. Pleural: até -135 cmH2O7Biofísica da respiraçãoInspiração
- 20. ExpiraçãoCompressão – parede torácica e músculos do abdômen (prensa abdominal)
- 22. - 2cmH2O a -4cmH2O
- 23. Forçada: valores positivo8Biofísica da respiração
- 24. Campbell: Prensa abdominal – não é ativada enquanto a resistência ao fluxo respiratório é menor que 10cmH2O
- 25. Resistência , pode-se respirar sem auxílio da musculatura do abdômen
- 26. Acumulo de E.P.Elástica9Biofísica da respiraçãoExpiração
- 27. ExpiraçãoMúsculos abdominais ativos quando:
- 31. Queda da negatividade – Pressão pleural
- 32. Forças de colapso pulmonar
- 33. Colaboram para pressão intra-alveolar
- 34. Saída do ar dos pulmões10Biofísica da respiração
- 37. Processo rítmico
- 38. Frequência dos ciclos respiratórios
- 39. Idade
- 40. Exercício
- 41. Alterada em estados patológicos12Biofísica da respiração
- 42. Escoamento do ar nas vias aéreasBiofísica da respiração13
- 43. Equação de PoiseuilleФ = ΔP. π . r4 8 . Ƞ .1Ф = É o fluxo em unidade de volume/tempoΔP =É a diferença de pressão entre as extremidades do tubor = é o raio do tubol = é o comprimento do tubo ƞ = é a viscosidade do fluido14Biofísica da respiração
- 46. ( r ) maior influência na determinação do fluxo15Biofísica da respiração
- 47. A movimentação dos fluidos : região de > P para a de < P.
- 48. Inspiração = P do meio > P que alveolar
- 49. Expiração = P alveolar > P que do meio16Biofísica da respiração
- 50. Escoamento do ar nas vias aéreasInspiraçãoExpiração17Biofísica da respiração
- 51. Tipos de escoamentoLaminar ; fluido move-se em camadas
- 52. Turbulento ; fluido desenvolve redemoinhos, e não há organização mecânica
- 53. Misto ; envolve tanto o laminar como o turbulento18Biofísica da respiração
- 54. O número de Reynolds, dado pela expressão:N= v . d . µ ƞN= número de Reynolds v = velocidade média do fluidod = diâmetro do tudoµ = densidade do fluidoƞ = viscosidade cinemática do fluido19Biofísica da respiração
- 55. Forças envolvidas no escoamentoForças elásticas ( parede torácica e dos pulmões)
- 56. Resistência ( viscosa do ar, turbulência, alteração de volume e forma dos órgãos)
- 57. Forças de atrito
- 58. Forças necessárias para vencer a inércia dos sistemas móveis20Biofísica da respiração
- 59. Descoberta de BernoulliRelação inversa entre (v) do fluxo aéreo e (P) que o gás exerce sobre a parede interna da tubulação
- 60. Brônquios estreitos, enfisema pulmonar 21Biofísica da respiração
- 62. Medida do arqueentra e sai do pulmão;
- 63. Testequeauxilianaprevenção e permitediagnóstico e qualificação de distúrbiosrespiratórios;23Biofísica da respiração
- 64. MedidasEspirográficasVolume corrente: volume de arinspiradodurante um ciclorespiratório;± 500ml24Biofísica da respiração
- 65. MedidasEspirográficas2. Volume de reservainspiratória: quantidade de arquepode ser movimentadaalém do volume correnteduranteesforçomáximo± 3000ml25Biofísica da respiração
- 66. MedidasEspirográficas3. Volume de reservaexpiratória:é o volume máximo adicional de ar que pode ser eliminado por expiração forçada, após o término da expiração corrente.± 1100ml26Biofísica da respiração
- 67. MedidasEspirográficas4. Volume residual: O arquenãopode ser expulso do pulmão.± 1200ml27Biofísica da respiração
- 68. MedidasEspirográficas5. Capacidadepulmonar total = volume de reservainspiratória+ volume corrente+ volume de reservaexpiratória+ volume residual± 5800ml28Biofísica da respiração
- 69. MedidasEspirográficas6. Capacidade vital = volume de reservainspiratória+ volume corrente+ volume de reservaexpiratória± 4600ml29Biofísica da respiração
- 70. MedidasEspirográficas7. Capacidadeinspiratória = volume de reservainspiratória+ volume corrente± 3500ml30Biofísica da respiração
- 71. MedidasEspirográficas8. Capacidade residual funcional= volume residual + volume de reservaexpiratória± 2300ml31Biofísica da respiração
- 72. Os volumes e capacidadesvariam com o sexo, raça, idade, superfície corporal, superfíciecutânea, postura e emalgumasdoenças. 32Biofísica da respiração
- 73. EspirometriaemdoençasDoençaPulmonarObstrutivaCrônica (DPOC)PneumopatiasRestritivasVolume Residual e Capacidade residual funcional
- 74. CapacidadePulmonar Total e Capacidade Vital
- 75. Capacidade Vital normal oudiminuída
- 77. EspirogramaRegistrográfico do volume de arexpirado, emque o coeficiente angular dacurvadetermina a cadaponto a velocidade do fluxo. 34Biofísica da respiração
- 78. É importanteconheceros dados: 1. Volume expiratórioforçado no primeirosegundo (VEF1);2. Velocidademáxima do fluxoexpiratório (FEFmáx);3. Velocidademáxima do fluxoexpiratórioforçadomédio (FEF25%-75%), que é medidopelainclinaçãodaretaqueligaospontoscorrespondentes a 25% e 75% do volume total expirado.35Biofísica da respiração
- 79. Alçafluxo-volume Um registrofeitoestudando a funçãopulmonar, emque o fluxoexpiradofica no eixo das ordenadas e o volume expiradonaabcissa. É utilizadotambémpara a detecção de doençasrespiratórias.36Biofísica da respiração
- 80. Exemplo: Paciente com asmabrônquicaCapacidade vital
- 85. Fluxomáximo de arexpirado37Biofísica da respiração
- 86. O esforço das pleuras Durante a inspiração, ospulmõesseguem o movimentodacaixatorácicagraçasaolíquidoque se encontra no espaço pleural. Esselíquido é compostobasicamenteporágua e sais.Molhando as pleuras: as forças de adesão > as forças de coesãoForça entre molécula de líquido e dasuperfícieForça entre moléculas de líquido38Biofísica da respiração
- 87. O comportamento elástico das estruturas envolvidas com a respiraçãoBiofísica da respiração39
- 88. A energia da contração dos músculos inspiratórios é gasta para acelerar o ar no interior das vias aéreas
- 89. Quando + Pulmão expandido > força elástica40Biofísica da respiração
- 90. A dependência entre a força elástica e estiramento foi estudada por Hooke, que estabeleceu a clássica expressão:F = - K . ΔxK = constante elástica da molaΔx = é a variação de comprimento da mola determinada pelo efeito deformante41Biofísica da respiração
- 91. Os corpos elásticos, submetidos a esforços deformantes muito intensos, sofrem grande alteração de forma.Força deformante limite e tensão de ruptura42Biofísica da respiração
- 92. Elasticidade X ExtensibilidadeElasticidade : propriedade que os corpos possuem de retomar a sua forma inicial.Extensibilidade : Propriedade que permite aos corpos serem deformados43Biofísica da respiração
- 93. A constante elástica (k) , depende do esforço e da natureza e geometria do material :K = ρ . S x₀ρ = coeficiente de elasticidade específica do materialS= área da secção transversa do corpox₀ = comprimento inicial do corpo44Biofísica da respiração
- 94. O comportamento elástico dos corpos varia com o tipo de esforço a que ele está submetido:Tração
- 95. Compressão
- 96. Flexão
- 97. Torção
- 98. Cisalhamento 45Biofísica da respiração
- 99. A COMPLACÊNCIA PULMONAR46Biofísica da respiração
- 100. Propriedade de órgãos ocos elásticos aumentarem de volume quando submetidos à uma determinada pressão.
- 101. Inversamente proporcional à constante elástica K do corpo
- 102. Medida em litros/ cm H2O47Biofísica da respiração
- 103. COMPLACÊNCIA ESPECÍFICAÉ valor da complacência no volume de pulmão disponível.48
- 104. Em algumas patologias a parede dos alvéolos pode ser substituída por tecido fibroso reduzindo a capacidade de absorção de ar
- 105. Já o enfisema pulmonar faz com que a parede dos alvéolos perda o tônus elástico o que pode aumentar a complacência pulmonar49Biofísica da respiração
- 106. TENSÃO SUPERFICIALTodo líquido posto em contato com um gás, forma uma membrana elástica na interface gás-líquido.
- 107. As moléculas no interior do líquido sofrem atração entre si, onde todas as forças se anulam, porém as que estão na superfície sofrem apenas interações laterais e para baixo, formando uma tensão que forma uma película.50Biofísica da respiração
- 108. MEDIDA DA TENSÃO SUPERFICIALExperimento de Maxwell51Biofísica da respiração
- 109. Balança de Lecompte de Nouy
- 110. Balanças modernas52Biofísica da respiração
- 111. TENSÃO SUPERFICIAL2 casos:1º líquidos que molham superfícies
- 112. 2º que não molham a superfície 53
- 113. Consideremos os dois casos 1º 2º54Biofísica da respiração
- 114. No primeiro casoO que faz o líquido aderir às paredes é a tensão superficial.
- 115. Esta força é tangente à superfície do líquido.55
- 116. Ela pode ser decomposta em 2 forçasA componente horizontal é nulaA componete vertical pode ser expressa como:56Biofísica da respiração
- 117. Esta resultante é igual a força peso:R = P57Biofísica da respiração
- 118. Como a densidade de um líquido é dada por:
- 119. Então: 58Biofísica da respiração
- 120. Mas o volume de um líquido é dada pela área da base vezes a altura (h), então temos:
- 121. Logo: 59Biofísica da respiração
- 122. Substituindo a 1ª equação temos:Isolando temos:60Biofísica da respiração
- 123. Fatores que alteram a tensão superficialTemperatura;
- 124. Adição de detergentes e sais.61Biofísica da respiração
- 125. Surfactante AlveolarBiofísica da respiração62
- 126. Pressão total de retração pulmonar. é a soma produzida pelos componentes elásticos do parênquima pulmonar adicionada à pressao de retração produzida pela tensão superficial do líquido alveolar Pt= Pe + PtsPt – pressão total de retração pulmonarPe- componentes elasticosPts-tensão superficial.Os cálculos teóricos mostraram que Pts do líquido intra-alveolar é igual a 20.000d/ cm². Esse valor foi obtido considerando a proposição de Laplace para esferas elásticas e considerando os seguintes dados.. Numero de alveolos – 300 milhões.diametro dos alveolos- 300 um.ts do liquido intra alveolar- 50d / cm63Biofísica da respiração
- 127. Experimento de vonNeegaard e de Clements.A pressão traqueal capaz de equilibrar um pulmão com insuflação máxima vale 20cmH2O.Essa figura mostra dois comportamentos próprios desse órgão..um mesmo incremento de pressão traqueal produz maior variação do volume pulmonar quando o pulmão esta desinsuflado do que quando esta insuflado. .a pressão de retração pulmonar máxima produzida pelos componentes elásticos do parênquima pulmonar foi aproximadamente metade daquela produzida quando havia tensão superficial alveolar64Biofísica da respiração
- 128. Quando o pulmão esta desinsuflado, a pressão total de retração pulmonar, é de 2 a 5cmH2O. Essa pressão é, 4 a 10 vezes menor que a pressão traqueal que mantém o pulmão cheio.Como a pressão máxima de retração do pulmão insuflado é praticamente igual a pressão de retração de tensão superficial do liquido alveolar, pode-se concluir que no pulmão vazio, a tensão superficial do liquido alveolar é 4 a 10 vezes menor que a do pulmão cheio.Raciocinando com esses fatores Clements concluiu que deveria existir no liquido alveolar uma substância tensoredutora. A função desse surfactante seria fazer variar a tensão superficial do liquido intra-alveolar de acordo com o volume do alvéolo65Biofísica da respiração
- 129. Para testar sua hipótese,Clements &Tierney(1965) contruiram um aparelho para medira tensão superficial de líquidos durante a expansão e compressão da sua superfície livre.C - cubaE –êmbolo móvelP – placa de platinaT – transdutor de força66Biofísica da respiração
- 130. Composição química do surfactante.O surfactante é composto por uma combinação de tensoredutoras, sendo 85% fosfolipídios, 5% de lipídeos neutros, 10% de proteínas.Funções e produçao do surfactante.As proteínas de alto peso molecular exercem sua funçao em cooperação com os fosfolipidios para criar propriedades tensoredutoras. Os peptideos tem papel importante na manutenção do filme surfactante sobre o alveoloNos pneumócitos tipo II o surfactante é armazenado em organelas chamadas de corpos lamelares67
- 131. Função –promover estabilidade dos alvéolos, bactericidaA liberação de surfactante é proporcional ao volume-corrente, mas não à freqüência respiratória.Existência de dois “pools” de surfactante: o primeiro contém menor volume da substancia tensoredutora, responde pronta e rapidamente a agonistas edrenérgicos tipo B2, enquanto o segundo tem maior volume e responde mais lentamente.A liberação deste depende, basicamente, ao volume-corrente.Mecanismo tensoredutor do surfactante.Quando o alveolo esta comprimido, o surfactante presente na superficie livre é relativamente altae, pr isso, a tensçao do liquido alveolar é baixa.Todavia, quando o alveolo esta expandido, sua superficie interna é grande e a area de superficie livre do liquido alveolar tambem é grande.O liquido alveolar aumenta sua area livre trazendo moleculas de agua do seu interior para sua superficie.Com isso, a contribuiçao das moleculas do surfactante diminui, e os valores da tensao superficial fica próximo a 50d/cm68Biofísica da respiração
- 132. Experimentos de LaplaceMarquês de Laplace estudando o comportamento das bolhas de sabão, observou, que a parede de cada bolha é formada por duas superfícies que determinam esferas de raios diferentes.Estabeleceu que: P= T 1 + 1 R1 R269Biofísica da respiração
- 133. Comportamento Laplaciano das bolhas de sabãoA bolha ao se formar na extremidade do tubo inicialmente decresce de raio. A partir de um determinado raio mínimo,o raio passa a crescer progressivamente a medida que ela vai sendo inflada.A curva do gráfico representa os valores da pressão interna, necessário para manter o volume da bolha. Inicialmente, a pressão cresce rapidamente, mas a partir de B , quanto maior se torna o volume da bolha, menor é a pressão necessária para estabilizá-la70Biofísica da respiração
- 134. Surfactante e ventilação dos alvéolos Os alvéolos pequenos devem exercer uma pressão maior do que os alvéolos grandes , considerando que estes estão interconectados pelos tubos respiratórios,seria, impossível ventilar os alvéolos pequenos caso não existisse o surfactante pulmonar,pois a insuflação de ar expandiria, preferencialmente, os maiores.Esse fenômeno seria alimentado por um feedback positivo, pois quanto mais aumentassem , menor seria a resistência para enche-los e mais ar seria por eles sequestrado.Assim o surfactante ao reduzir a tensão superficial dos alvéolos pequenos e ao elevar a dos grandes, equilibra, e permite que o fluxo de ar seja constante71Biofísica da respiração
- 135. Surfactante e síndromes patológicasDistúrbios da produção ou eliminação de surfactante pulmonar: Síndrome da membrana hialiana
- 136. Proteinose alveolar
- 137. Embolia pulmonar
- 138. Pulmão de choqueNa síndrome da membrana hialiana , a produção de surfactante é deficiente em relçao a que ocorre no pulmão normal, tornando a força de retração alveolar alta, e dificultando a respiração72
- 139. A proteinase alveolar tem causa desconhecida, esta associada a micose pulmonar.Nesta doença o surfactante encontra-se em excesso, devido a grande produção ou de uma menor eliminação.Como resultado disso, há uma maior passagem de líquido para os alveolos, produzindo-se edema pulmonar73Biofísica da respiração
- 140. O pulmão em choque e a Embolia pulmonar, levam a estados de hipóxia tissular, e interferem nos mecanismos de produção e eliminação do surfactante, conduzindo a alterações mecânicas e imunológicas da função normal do pulmão74Biofísica da respiração