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• Beatriz Kamil
• Billy McBenedict
• Enrique Saavedra
• João Vitor Soutello
• José Pedro Braga
• Manu Assis
• Murilo Knauf
• Natália Torrubia
• Rachel Pinheiro

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AIRES, Margarida de Mello. Fisiologia. 5a edição. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan, 2018.

BERNE, Robert M.; LEVY, Matthew N. (Ed.). Fisiologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2010.

HALL, John E. Tratado de Fisiologia Médica. 13a edição. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.

LEITE, Laura. Fisiologia Respiratória: Mecânica da Respiração. Rio de Janeiro: 2019. 36 slides, color. Disponível em: <https://www.ufjf.br/laura_leite/files/2019/03/Mecânica-Respiratória2.pdf>. Acesso em: 06 maio 2021.

ROCCO, Patricia Rieken Macêdo; ZIN, Walter Araújo. Fisiologia respiratória aplicada. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, 2009.

SILVERTHORN, D. Fisiologia Humana: Uma Abordagem Integrada. 7ª Edição. Artmed, 2017.

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Agora, com os pulmões vazios a pressão alveolar está mais baixa (-1 cmH2O) do que no início da expiração e a pressão pleural está alta (-2 cmH2O). Consequentemente, a pressão transpulmonar volta aos níveis encontrados no momento pré-inspiração.

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A pressão alveolar que estava alta começa a reduzir (0 cmH2O) devido à compressão muscular dos pulmões, ao mesmo tempo a pressão pleural começa a subir pela redução do volume pulmonar. Com a redução da diferença entre as pressões alveolar e intrapleural, ocorre a diminuição da pressão transpulmonar.  (-5 cmH2O).

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Com os pulmões cheios a pressão alveolar está alta (+1 cmH2O) devido a entrada de ar e a pressão pleural está baixa (-8 cmH2O) por causa  da expansão pulmonar. A pressão transpulmonar nesse instante é grande devido à diminuição considerável sofrida pela pressão intrapleural e o aumento da pressão alveolar ocasionado pela entrada de ar.

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A pressão alveolar, de inicio, reduz (-1 cmH2O) devido ao aumento do volume da caixa torácica pelos músculos respiratórios, com essa queda ocorre a entrada de ar nos pulmões pela diferença entre a pressão interna e a atmosférica; enquanto isso, a pressão pleural cai (-6 cmH2O) devido o aumento do volume. Nesse momento é possível notar uma mudança na pressão transpulmonar por consequência das alterações na Pip e da Palv.

(A pressão é dada através do cálculo da força sobre a área. Portanto, quando o volume pulmonar aumenta, a área superficial do interior dos alvéolos também aumenta, diminuindo, assim, a pressão alveolar.)

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Antes de a respiração começar e com a glote fechada a pressão alveolar se encontra no mesmo nível da pressão atmosférica (0 cmH2O) e a pressão pleural ligeiramente mais baixa.  (-5 cmH2O).

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Curva da complacência da parede torácica

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Curva da complacência da parede torácica

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A complacência da parede torácica refere-se à relação entre o volume da cavidade torácica e a pressão transpulmonal através dela. Como pode ser visto (na figura ao lado , curva "parede torácica"), as pressões elásticas negativas são necessárias para reduzir o tamanho das cavidades torácicas ao volume residual do pulmão. Isso demonstra a tendência natural da parede torácica de  se projetar e expandir. No entanto, em grandes volumes, a cavidade torácica começa a resistir à expansão adicional, conforme mostrado pelas pressões transmurais positivas necessárias para gerar mais expansão.

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Complacência torácica e pulmonar combinadas

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Complacência torácica e pulmonar combinadas

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A caixa torácica exerce uma força para se expandir, enquanto os pulmões tendem a se retrair. Uma vez que estão unidos pelo líquido pleural, as complacências e forças elásticas tendem a entrar em um equilíbrio, que pode ser observado na linha “sistema respiratório” do gráfico. A curva "Sistema respiratório", portanto, é a resultante das forças exercidas pela parede torácica isolada e dos pulmões em um determinado volume. Quando essas forças são precisamente iguais e opostas, a unidade tórax-pulmão está em equilíbrio e, como visto, isso ocorre na capacidade residual funcional (CRF). A expansão da unidade pulmão-parede torácica além da CRF requer pressões positivas, o que significa que, deixada sozinha, a unidade entraria em colapso, produzindo expiração. A contração da unidade pulmonar-parede torácica abaixo da CRF requer pressões  negativas, o que significa que, deixada sozinha, a unidade se expandiria, produzindo inalação espontânea.

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Paralelamente ao que ocorre no pulmão, a parede torácica também possui propriedades elásticas próprias, fazendo parte o tórax, diafragma, parede abdominal e mediastino. Nesse quesito, pode-se observar que a parede sempre tende à expansão, mas ao atingir volumes superiores à aproximadamente 75% da capacidade vital, ela tenderá a retração - bem como o pulmão (Ver linha D da figura ao lado).
Para calcularmos essa complacência da parede torácica, utiliza-se a pressão transtorácica, ou seja, a diferença entre pressão intrapleural e a ao redor do tórax.
Em oposição a complacência pulmonar, vemos que a complacência da parede torácica diminui em baixos volumes pulmonares. A determinação da complacência da parede torácica é importante pois pode ser alterada por diversas afecções, como obesidade, sendo uma medida importante para avaliação e tratamento destas.

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É possível observar as alterações do volume pulmonar relacionadas com a variação da pressão pleural e, consequentemente, da pressão transpulmonar. O formato desse diagrama é determinado pelas forças elásticas e pelo caráter de complacência, que está representado pelas curvas inspiratória e expiratória.

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A elasticidade é outra característica do pulmão, que, nesse caso, está relacionada com a tendência desse sistema retornar a sua posição inicial de repouso, ou seja, confere a possibilidade de retração do pulmão.
Diante disso, é possível perceber que a complacência e a elasticidade são propriedades inversamente proporcionais, que atuam promovendo um equilíbrio entre a expansibilidade e retração do pulmão, respectivamente. Infere-se, portanto, que a complacência está mais relacionada com a inspiração e a elasticidade com a expiração.
(No vídeo abaixo, enche-se um pulmão de vaca demonstrando essa elasticidade)

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Força elástica da tensão superficial do líquido que reveste as paredes internas dos alvéolos

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Força elástica da tensão superficial do líquido que reveste as paredes internas dos alvéolos

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As moléculas da superfície desse líquido, quando em contato com o ar, tendem a se contrair (exercendo uma força para o colapso alveolar). Vale ressaltar, ainda, que se não houvesse a presença de componentes surfactantes, essa força de tensão superficial seria muito maior.

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Força elástica do próprio tecido pulmonar

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Força elástica do próprio tecido pulmonar

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Em presença de fibras de elastina e de colágeno, que funcionam como uma mola: depois de estiradas exercem uma força de contração, a fim de voltarem ao seu estado inicial.

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A complacência corresponde à capacidade que o pulmão tem de se expandir a cada aumento da pressão transpulmonar. Essa expansão, por sua vez, é proporcional ao volume de ar que o órgão consegue comportar.

A complacência pode ser calculada da seguinte forma:

C = ΔV / ΔP – variação de volume sobre a variação de pressão, medida em (ml/cmH2O)

No caso de um indivíduo adulto normal, a complacência de ambos os pulmões é em média de 200 ml/cmH2O.

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Gráfico variação de volume x Pressão pleural

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Gráfico variação de volume x Pressão pleural

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O gráfico acima mostra a relação entre a variação de volume pulmonar (eixo Y) e a pressão pleural (eixo X)

É possível observar que o pulmão ‘’normal’’ preenchido com ar tem uma variação de pressão entre -5cmH2O e -8cmH2O.

Nesse momento, há um equilíbrio no pulmão, visto que há a presença do surfactante atenuando a tensão superficial exercida sobre os alvéolos

Na representação anterior, onde o pulmão é preenchido com solução salina, não há mais tensão superficial, visto que foi abolida a interface água/ar.

Nesse caso, apenas as forças elásticas próprias do tecido pulmonar estão atuando.

Ao analisar o gráfico, é possível observar que as forças elásticas teciduais correspondem a apenas um terço da elasticidade total do pulmão.

A tensão superficial, por sua vez, colabora com os dois terços restantes

Além disso, é importante enfatizar que as forças exercidas pela tensão superficial aumentam quando não há a presença do surfactante pulmonar.

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Geralmente, não produz surfactante.

Assim, a tensão superficial dos alvéolos não é atenuada, visto que não há a substância responsável por essa redução de pressão exercida sobre os alvéolos.

Dessa forma, é necessário que haja maior pressão pleural para que ocorra a expansão volumétrica do pulmão, permitindo o enchimento de ar para a respiração.

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Relação entre o raio alveolar e pressão da tensão superficial

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Relação entre o raio alveolar e pressão da tensão superficial

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Como observado, o raio alveolar possui relação com a pressão exercida pela tensão superficial.

Dessa forma, quanto menor o alvéolo, mais tendência ao colapso esse possui, uma vez que a pressão exercida é menor.

Essa característica faz com que os pulmões dos recém nascidos, por terem raio menor, sejam mais propensos ao colapso.

Isso gera um quadro chamado de Síndrome de angústia respiratória do recém-nascido, que pode ser fatal sem tratamento imediato.

(na figura ao lado: P é perssão; T é tensão; r é raio)

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Quando as vias aéreas alveolares estão bloqueadas, a tensão superficial tende a colapsá-lo, positivando a pressão alveolar, fazendo com que o ar no meio interno, tenha tendência a sair.

A pressão gerada por essa ação pode ser calculada pela fórmula abaixo.

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O Surfactante pulmonar compreende uma substância formada por fosfolipídeos, em especial o Di-palmitoil-fosfatadil-colina,

Produzido pelos pneumatócitos II, que estão localizados nos alvéolos pulmonares.

Sua importância está amplamente relacionada à atenuação da tensão superficial dos alvéolos pulmonares.

A forma de ação do surfactante pulmonar é se posicionar entre as moléculas de água,  que se encontram justapostas na superfície aquosa que está em direto contato com o ar, quebrando a coesão das mesmas e, assim, dessa forma, reduzindo a tensão superficial.

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Quando em contato com o ar, as moléculas de água adquirem maior atração entre si, adquirindo um formato globular

Essa característica da água permite diversos efeitos, como: formação das gotículas de chuva e o andar de insetos e animais leves em cima da água.

No pulmão, essa tensão superficial produz uma pressão no interior alveolar, que tende a expulsar o ar do pulmão.

O surfactante atua reduzindo as interações entre as moléculas de água e, consequentemente, a pressão que elas produzem no alvéolo.

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Pressão pulmonar  na inspiração e expiração

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Pressão pulmonar  na inspiração e expiração

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A diferença de pressão que ocorre dentro dos alvéolos pulmonares nos diferentes momentos da respiração.

Quando se inspira, a pressão interna é menor e o ar flui de fora para dentro dos pulmões.

Quando se expira, a pressão interna aumenta, expulsando o ar dos pulmões para o meio externo.

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É a diferença de pressão entre o interior dos alvéolos e a pressão intrapleural (PT = Palv-Pip). Portanto, quanto maior a pressão transpulmonar maior a quantidade de ar que flui para dentro dos pulmões.

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É a pressão encontrada dentro dos alvéolos.
Para que o ar entre nos pulmões, a pressão alveolar deve diminuir, exercendo uma força que impulsiona o ar para dentro (lembre que um fluido tende a se deslocar do local de maior pressão para o de menor pressão).

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É a pressão encontrada na cavidade pleural. Essa pressão é negativa; isso causa a aderência entre as pleuras. Quanto mais negativa, mais o pulmão tende a se expandir. Quando essa pressão se torna menos negativa (mais ainda assim negativa) o pulmão tende a se retrair.

(Quanto maior a pressão pleural, menor se encontra o pulmão)

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                          Pressões pulmonares 

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                          Pressões pulmonares 

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Músculos inspiratórios: esternocleidomastoideo, escalenos, serrátil anterior, eretor da coluna (acessórios)

Músculos expiratórios: intercostais internos e abdominais (reto, transverso e oblíquos abdominais)

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Músculos inspiratórios: diafragma e intercostais externos

Músculos expiratórios: relaxamento passivo do diafragma

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A expiração tranquila é passiva com retorno ao normal dos tecidos distendidos;

Tem maior duração que a inspiração;

Os músculos da inspiração relaxam, aumentando a pressão intratorácica;

As costelas e o diafragma pressionam os pulmões enquanto retornam às suas posições pré-inspiratórias;

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Há contração muscular (diafragma e intercostais externos);

Tem menor duração do que a expiração;

Quando o conteúdo abdominal impede o deslocamento caudal do diafragma as suas fibras costais se contraem levando as costelas inferiores se deslocarem para cima e para baixo (movimento de “alça de balde”);

Finalmente, as costelas superiores se movem para frente e para cima (movimento em “alavanca de uma bomba”);

As costelas ficam mais horizontalizadas e há diminuição dos espaços intercostais.

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Mais importantes músculos expiratórios, com a contração, há uma movimentação no gradil costal para baixo e para dentro, flexão do tronco e compressão do conteúdo abdominal para cima.

Desloca-se o diafragma para o interior do tórax e reduzindo, portanto, o volume pulmonar. Eles também funcionam como músculos acessórios da inspiração durante a hiperventilação, exercício e paralisia diafragmática.

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Peitoral maior, trapézio, grande dorsal e elevador da espinha.

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Peitoral maior, trapézio, grande dorsal e elevador da espinha.

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Esses músculos, em geral, são utilizados para manter a postura do corpo, no entanto, caso haja uma demanda ventilatória que exceda a capacidade dos músculos respiratórios primários ou quando há algum tipo de disfunção neles, esses músculos passam a exercer um papel importante na respiração.

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considerado o principal músculo acessório da inspiração, quando contraído eleva o esterno e expande o gradil costal superior. Em pessoas normais ele é ativo em condições de aumento de ventilação e em altos volumes pulmonares (recrutado após a inspiração de três quartos da capacidade vital).

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Originam nos processos transversos das cinco vértebras cervicais inferiores e se inserem na porção superior da primeira e segunda costelas.

Esses músculos são sempre ativos na inspiração basal, sua atividade começa no início da inspiração, sua contração resulta na elevação do esterno e das duas primeiras costelas, gerando expansão para cima e para fora do gradil costal superior.

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Principal músculo da respiração;

Forma de cúpula;

Músculo plano;

Separa o tórax do abdômen;

Inervado pelo n. frênico (C3, C4 e C5);

Se insere anteriormente no esterno e nas costelas e posteriormente na coluna;

Misto ( fibras tipo I - contração lenta, fibras tipo IIa e fibras tipo IIb - contração rápida);

Parte central: tendão aponeurótico por onde passam os grandes vasos.

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Columbia University Department of Surgery

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                           Músculos respiratórios

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                           Músculos respiratórios

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O processo de respiração ocorre graças aos movimentos que aumentam e diminuem o tórax fazendo com que o ar seja inspirado para dentro dos pulmões e posteriormente expirado. A movimentação torácica somente se torna possível quando existe força suficiente para vencer a retração elástica e a resistência ao fluxo aéreo. Os músculos respiratórios são estriados esqueléticos, apresentando maior resistência à fadiga, elevado fluxo sanguíneo, maior capacidade oxidativa e densidade capilar, quando comparados com os músculos esqueléticos de periferia.

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                                                                                         MECÂNICA RESPIRATÓRIA

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                                                                                         MECÂNICA RESPIRATÓRIA