mecânica dos fluidos, circulação e respiração
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Biofiacutesica
Mecacircnica dos fluidos circulaccedilatildeo e respiraccedilatildeo
Prof Caio Maximino
Objetivos
Revisar princiacutepios de fiacutesica dos fluidos e sua relaccedilatildeo com o conceito de pressatildeo
Descrever sumariamente o sistema circulatoacuterio identificando as partes de alta ou baixa pressatildeo e alta e baixa concentraccedilatildeo de gases
Identificar os paracircmetros fiacutesicos associados agrave pressatildeo em fluxo de fluidos nos organismos vivos e suas implicaccedilotildees para processos fisioloacutegicos
Derivar e aplicar equaccedilotildees simples na descriccedilatildeo da dinacircmica de fluidos em sistema circulatoacuterio e sistema respiratoacuterio
Caso motivador
Um homem de 65 anos com histoacuterico de hipertensatildeo e doenccedila coronaacuteria eacute admitido na emergecircncia de um hospital com queixas de insensibilidade e fraqueza na face esquerda Sua pressatildeo arterial eacute normal assim como a frequecircncia cardiacuteaca e outros sinais vitais Durante o exame fiacutesico o paciente apresentava pulmotildees limpos e paracircmetros cardiacuteacos normais A ausculta das arteacuterias caroacutetidas revelou um som ldquoestridenterdquo (sopro) bilateral Existe evidecircncia de fala arrastada e abatimento facial agrave esquerda O paciente eacute diagnosticado com um derrame
O conceito de fluido
Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo
Inclui gases liacutequidos e plasma
Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado
Em geral ρ = f(PT)
Algumas densidades selecionadas
ρliacuteq
x 103 (kg m-3) ρgaacutes
(kg m-3)
Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)
Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)
Sangue 105 (37 ordmC)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Objetivos
Revisar princiacutepios de fiacutesica dos fluidos e sua relaccedilatildeo com o conceito de pressatildeo
Descrever sumariamente o sistema circulatoacuterio identificando as partes de alta ou baixa pressatildeo e alta e baixa concentraccedilatildeo de gases
Identificar os paracircmetros fiacutesicos associados agrave pressatildeo em fluxo de fluidos nos organismos vivos e suas implicaccedilotildees para processos fisioloacutegicos
Derivar e aplicar equaccedilotildees simples na descriccedilatildeo da dinacircmica de fluidos em sistema circulatoacuterio e sistema respiratoacuterio
Caso motivador
Um homem de 65 anos com histoacuterico de hipertensatildeo e doenccedila coronaacuteria eacute admitido na emergecircncia de um hospital com queixas de insensibilidade e fraqueza na face esquerda Sua pressatildeo arterial eacute normal assim como a frequecircncia cardiacuteaca e outros sinais vitais Durante o exame fiacutesico o paciente apresentava pulmotildees limpos e paracircmetros cardiacuteacos normais A ausculta das arteacuterias caroacutetidas revelou um som ldquoestridenterdquo (sopro) bilateral Existe evidecircncia de fala arrastada e abatimento facial agrave esquerda O paciente eacute diagnosticado com um derrame
O conceito de fluido
Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo
Inclui gases liacutequidos e plasma
Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado
Em geral ρ = f(PT)
Algumas densidades selecionadas
ρliacuteq
x 103 (kg m-3) ρgaacutes
(kg m-3)
Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)
Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)
Sangue 105 (37 ordmC)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Caso motivador
Um homem de 65 anos com histoacuterico de hipertensatildeo e doenccedila coronaacuteria eacute admitido na emergecircncia de um hospital com queixas de insensibilidade e fraqueza na face esquerda Sua pressatildeo arterial eacute normal assim como a frequecircncia cardiacuteaca e outros sinais vitais Durante o exame fiacutesico o paciente apresentava pulmotildees limpos e paracircmetros cardiacuteacos normais A ausculta das arteacuterias caroacutetidas revelou um som ldquoestridenterdquo (sopro) bilateral Existe evidecircncia de fala arrastada e abatimento facial agrave esquerda O paciente eacute diagnosticado com um derrame
O conceito de fluido
Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo
Inclui gases liacutequidos e plasma
Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado
Em geral ρ = f(PT)
Algumas densidades selecionadas
ρliacuteq
x 103 (kg m-3) ρgaacutes
(kg m-3)
Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)
Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)
Sangue 105 (37 ordmC)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
O conceito de fluido
Um fluido eacute uma substacircncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensatildeo de cisalhamento natildeo importando o quatildeo pequena possa ser essa tensatildeo
Inclui gases liacutequidos e plasma
Ainda que o volume de mateacuteria possa ser definido no estado liacutequido essa grandeza natildeo se aplica aos gases e portanto a densidade ρ eacute uma quantidade importante para caracterizar o estado
Em geral ρ = f(PT)
Algumas densidades selecionadas
ρliacuteq
x 103 (kg m-3) ρgaacutes
(kg m-3)
Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)
Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)
Sangue 105 (37 ordmC)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Algumas densidades selecionadas
ρliacuteq
x 103 (kg m-3) ρgaacutes
(kg m-3)
Aacutegua pura 100 (0 ordmC 1 atm) 0596 (100 ordmC)
Ar 114 (-183 ordmC) 13 (0 ordmC)
Sangue 105 (37 ordmC)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
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Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
ldquoEm mamiacuteferos a circulaccedilatildeo sanguiacutenea eacute um sistema fechado com o volume circulatoacuterio em regime estacionaacuteriordquo (Heneine p 244)
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
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Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Organizaccedilatildeo sumaacuteria do sistema circulatoacuterio
Acima do coraccedilatildeo o campo G eacute contra a circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
Abaixo do coraccedilatildeo o campo G eacute a favor da circulaccedilatildeo arterial e a favor da venosa
V + G A - G
V - G A + G
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Aspectos comparativos
Circulaccedilatildeo fechada simplesndash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para as bracircnquias onde eacute re-
oxigenado e flui para o resto do corpo
Circulaccedilatildeo fechada duplandash O sangue eacute bombeado pelo coraccedilatildeo para os pulmotildees e entatildeo volta ao
coraccedilatildeo e eacute bombeado para o circuito sistecircmico
ndash Incompleta Haacute mistura dos dois tipos de sangue
ndash Completa Natildeo ocorre a mistura dos dois tipos de sangue
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
OpenStax College Overview of the Circulatory System October 17 2013httpcnxorgcontentm44801latestFigure_40_01_03abcdjpgOpenStax CNX CC BY 30
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Questotildees para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Colocar a equivalecircncia dos setores da circulaccedilatildeo1 Baixa pressatildeo O
2 baixo e CO
2 alto ( )
2 Alta pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
3 Baixa pressatildeo O2 alto CO
2 baixo ( )
A)Arteacuteria pulmonar
B)Veia pulmonar
C)Aorta
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Propriedades de um fluxo em regime estacionaacuterio
1) Estado estacionaacuterio ndash o fluido que entra eacute o mesmo que sai
2) Caracteriacutesticas de fluxo a quantidade de fluido que passa eacute a mesma em todos os segmentos there4F = f
1 = f
2 = hellip = f
x
3) Caracteriacutesticas energeacuteticas a velocidade da circulaccedilatildeo diminui agrave medida que o diacircmetro aumenta a Energia there4Cineacutetica diminui
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
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Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Equaccedilatildeo de fluxoem regime estacionaacuterio
O fluxo eacute igual ao produto da velocidade de circulaccedilatildeo pela aacuterea do tubo
Como no regime estacionaacuterio QT = Q
1 = Q
2 =
hellip podemos generalizar de forma que
fluxo=velocidadetimesaacuterea
Q=(LsdotTminus1)times(L2
)=L3sdotTminus1
Q=v1sdotA2=v2sdotA2=
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Fluxo volumeacutetrico (Q) vsfluxo de massa ( )ṁ
Taxa de fluxo volumeacutetrico ndash volume de fluido que passa por unidade de tempondash Natildeo confundir com vazatildeo (mmiddots-1)
Fluxo de massa ndash massa de substacircncia que passa por unidade de tempo (kgmiddots-1)
m=ρsdotQ=ρsdotvsdotA
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
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Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
O fluxo na aorta de um catildeo eacute 40 mlmiddots-1 e o diacircmetro da aorta eacute 08 cm Qual seraacute o fluxo em um territoacuterio vascular de 10 cm de diacircmetro no mesmo animal
lembrar que S=πtimes(D2
4)
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
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Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
A aorta tem um diacircmetro de 2 cm enquanto um capilar tem cerca de 8 microm Como eacute possiacutevel que o fluxo nessas porccedilotildees seja o mesmo
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Exemplo Fluxo em arteacuterias de diferentes calibres
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Energeacutetica dos fluxos eequaccedilatildeo de Bernoulli
Para qualquer sistema liacutequido que se movimenta em tubos atraveacutes do Trabalho realizado por uma bomba hidraacuteulica (p ex sangue circulando nos vasos) a energia total (E
T) do fluido eacute dada por quatro termos
ET=E p+EC+ED+EG
Energia total
Energia potencial (efeito da pressatildeo lateral)
Energia cineacutetica (deslocamento do fluido)
Energia dissipada (atrito)
Energia posicional (G)
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Energeacutetica da circulaccedilatildeo
ldquoA energia cineacutetica EC representa a velocidade
do fluxo e natildeo pode diminuir no regime estacionaacuterio Mas ela se gasta em parte para vencer a E
D a energia de dissipaccedilatildeo do atrito e
se repotildee agraves custas da Ep a energia potencial
que causa a pressatildeo lateral Assim a pressatildeo cai ao longo do vasordquo
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Eventos mecacircnicosdo ciclo cardiacuteaco
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Onda de pulso evelocidade de circulaccedilatildeo
Pulsaccedilatildeo intermitente de uma arteacuteria resultante da passagem de onda sanguiacutenea
ldquoOnda de pulso eacute a energia da contraccedilatildeo cardiacuteaca que se propaga pelo sangue Eacute Energia Mecacircnicardquo (Heneine 2002 p 250)ndash ne corrente sanguiacutenea ldquoo deslocamento da massa
de sangue medida pelo movimento de hemaacuteciasrdquo (id ibid)
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
A) Ventriacuteculo esquerdo instantes antes da siacutestole
B) A contraccedilatildeo do ventriacuteculo lanccedilou massa de sangue com energia cineacutetica (EC) que se divide em dois componentes
bull Um como EC que acelera o sangue e dilata a arteacuteria (ie produz onda de pulso)
bull Outro como Ep se armazena na arteacuteria
C) Com o fim da siacutestole e iniacutecio da diaacutestole a vaacutelvula aoacutertica se fecha e a EC da contraccedilatildeo estaacute ldquogastardquo entatildeo a E
p
armazenada na arteacuteria se transforma parcialmente em EC com dois componentes
bull Um como EC manteacutem a corrente sanguiacutenea
bull Outro como Ep manteacutem a pressatildeo lateral
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Energeacutetica da siacutestole e da diaacutestole
ldquodurante a diaacutestole a pressatildeo e o fluxo resultam do Trabalho cardiacuteaco durante a siacutestole que ficou armazenado como E
p nas
arteacuteriasrdquo (Heneine 2002 p 251)
Esse comportamento permite que e nenhum momento do ciclo o fluxo se interrompa e a pressatildeo se anule
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Agrave medida que se desloca do centro para a periferia a onda de pulso vai sofrendo alteraccedilotildees
Onda do pulso aoacutertico apoacutes a abertura da vaacutelvula aoacutertica a velocidade do fluxo sanguiacuteneo aumenta rapidamente e atinge o pico da pressatildeo maacuteximandash O ramo descendente da curva eacute interrompido por uma pequena deflexatildeo negativa (incisura) que
corresponde ao fechamento da vaacutelvula aoacuterticandash Segue-se pequena onda diacutecrota que eacute produzida pelo recuo elaacutestico da arteacuteria
Em relaccedilatildeo agrave onda central a onda arterial de um pulso perifeacuterico apresentandash Atraso do pico de pressatildeo maacutexima em relaccedilatildeo ao iniacutecio da siacutestole e aumento do declive do ramo
ascendentendash Atenuaccedilatildeo e desaparecimento da incisura
ndash Aumento da amplitude e diminuiccedilatildeo da sustentaccedilatildeo dos componentes sistoacutelicos do pulso
ndash Atraso e alteraccedilatildeo de morfologia da onda diacutecrotandash Diminuiccedilatildeo da pressatildeo diastoacutelica
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Comparaccedilatildeo entrepulso central e pulso perifeacuterico
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Tipos de fluxo
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Fluxo laminar
O sangue circula normalmente nos vasos se uma forma ordenada (em fluxo laminar)ndash Fluxo silencioso com entropia adequada
Cada camada de sangue permanece sempre agrave mesma distacircncia da parede do vaso e desloca-se segundo uma trajetoacuteria paralela a esta
Ocorre segundo um padratildeo paraboacutelico ie a velocidade do fluiacutedo no centro do vaso eacute superior agrave da periferia
Eficiente porque a energia eacute gasta exclusivamente na produccedilatildeo do movimento
Como o sangue possui viscosidade seu movimento exerce pressatildeo de cisalhamento na parede do vaso
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
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Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Fluxo turbulento
Quando o sangue eacute forccedilado a circular a altas velocidades por vasos estreitos ou estenosados o fluxo passa a ser turbulento (ou turbilhonar)ndash Sons audiacuteveis velocidade criacutetica entropia exagerada
Trajetoacuterias irregulares com diferentes direccedilotildees formando espirais de sangue
Promove mais resistecircncia
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Nuacutemero de Reynoldse velocidade criacutetica
Nuacutemero de Reynolds (Re) ndash valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbulentondash Expressatildeo qualitativa da razatildeo de forccedilas inerciais
para forccedilas viscosas
Quanto maior o nuacutemero de Reynolds mais provaacutevel o fluxo turbulento
Re=Dsdotvsdotρ
η
Para o sangue 106 x 103 kgm-3
Para o sangue 28 x 10-3 Pas
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002)
Em determinado trecho de uma circulaccedilatildeo o sangue atinge v = 40 cm s-1 Ouve-se um ruiacutedo indicando fluxo turbulento Qual o diacircmetro maacuteximo que esse vaso pode ter
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Implicaccedilotildees praacuteticas Quando inflamos um manguito sobre a arteacuteria braquial fazemos uma compressatildeo que diminuiraacute o
calibre da arteacuteria dificultando a passagem do sangue
Quando a pressatildeo externa produzida pelo manguito for igual agrave pressatildeo interna da arteacuteria o sangue consegue fluir mas passa a fazer fluxo turbulento
Como o fluxo turbulento produz ruiacutedo podemos utilizar o iniacutecio desse som como marcador do ponto em que as pressotildees se igualam definindo a pressatildeo arterial maacutexima ou sistoacutelica (PAS)
Conforme reduzimos a pressatildeo produzida pelo manguito alcanccedilamos o ponto em que essa se torna menor do que a pressatildeo da arteacuteria braquial neste momento o sangue deixa de ter fluxo turbulento e volta a ter fluxo laminar
Como o fluxo laminar natildeo produz ruiacutedo podemos utilizar a cessaccedilatildeo do som como marcador do ponto em que as pressotildees diferem definindo a pressatildeo arterial miacutenima ou diastoacutelica (PAD)
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Descreve a relaccedilatildeo entre diferentes paracircmetros que afetam o fluxo de um fluido por sistemas condutores
ndash Q eacute o fluxo volumeacutetrico pelo tubondash ΔP eacute a queda de pressatildeo que ocorre pela extensatildeo do tubondash L eacute o comprimento do tubo
ndash r eacute o raio do tubo
ndash η eacute a viscosidade do fluido
Premissas o fluxo deve ser laminar e constante o fluido deve ser newtoniano o tubo deve ser uniforme riacutegido e ciliacutendrico
Q=πsdotΔ Psdotr4
8sdotηsdotL
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
A diferenccedila de pressatildeo ΔP entre dois pontos condiciona o fluxondash Se natildeo haacute gradiente natildeo haacute fluxo
ndash ldquoSe o sistema necessita de mais fluxo esse aumento pode ser obtido por elevaccedilatildeo da pressatildeordquo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
O raio eacute um dos fatores mecacircnicos mais importantes para o controle de fluxondash r4 implica que ldquouma diminuta variaccedilatildeo do raio corresponde a uma
grande variaccedilatildeo no fluxordquo (Heneine 2002 p 256)
ndash A vasodilataccedilatildeo e a vasoconstriccedilatildeo satildeo o mecanismo mais eficiente de controle do fluxo
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Em sistemas de circulaccedilatildeo fechada natildeo haacute diferenccedila de comprimento e ΔL = 1
Com a distacircncia L percorrida pelo sangue haacute apenas um desgaste maior na E
C que se repotildee agraves custas da E
p
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Poiseuille ndash Fatores que condicionam o fluxo
Para o sangue normal η = 28 x 10-3 Pas
As variaccedilotildees da viscosidade sanguiacutenea podem acarretar modificaccedilotildees graves no fluxo diminuiccedilotildees aumentam a velocidade e consequentemente o fluxo aumentos diminuem a velocidade
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Resistecircncia perifeacuterica e fluxo
ldquoA tendecircncia do sistema circulatoacuterio de se opor ao fluxo sanguiacuteneo eacute denominada resistecircncia ao fluxo (hellip) o fluxo eacute inversamente proporcional agrave resistecircnciardquo (Silverthorn 2007 p 473)
Para um liacutequido que flui por um tubo a resistecircncia eacute influenciada por 03 componentesndash O raio do tubo (darr R)
ndash O comprimento do tubo (uarr R)
ndash A viscosidade do liacutequido (uarr R)
Assim
Qprop1R
R=8sdotLsdotηπsdotr 4 =
Lsdotηr 4
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Questatildeo para fixaccedilatildeo(Heneine 2002 p 262)
Um indiviacuteduo faz exerciacutecio e sua pressatildeo sobe a 130 mmHg Se a sua resistecircncia perifeacuterica abaixa para 06 qual eacute o fluxondash Fluxo basal 85 ml s-1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Apoacutes a observaccedilatildeo de alguns resultados aberrantes construiacuteram um viscocircmetro para determinar a resistecircncia ao fluxo sanguiacuteneo em capilares com diferentes diacircmetros
Os capilares eram posicionados entre tubos de vidro de dimensotildees maiores que eram reduzidos a dimensotildees capilares de maneira natildeo-abrupta
Capilares mantidos em posiccedilatildeo horizontal em temperatura constante (38 ordmC) e rotacionados constantemente para prevenir a sedimentaccedilatildeo
Faringhraeus R Lindqvist T The viscosity of the blood in narrow capillarytubes Am J Physiol 96 562ndash568 1931
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Usando amostras de sangue retiradas um do outro Faringhraeligus e Lindqvist mediram o fluxo sanguiacuteneo atraveacutes de capilares de vidro com diacircmetros que variavam de 004 a 0505 mm utilizando uma pressatildeo constante de 100 mmHg (133 x 104 Pa)
Como Q ΔP L e r eram conhecidos era possiacutevel calcular η
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Para reflexatildeo
A Lei de Poiseulle se aplica nesse caso
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Limitaccedilotildees da Lei de Poiseulle O efeito Faringhraeligus-Lindqvist
Microcirculaccedilatildeo = vasos com diacircmetros meacutedios de ateacute 30 μm
As arteriacuteolas satildeo o principal repositoacuterio de resistecircncia do sistema circulatoacuterio
Como o efeito Faringhraeligus-Lindqvist pode contribuir para a perfusatildeo dos tecidosndash (uarr η uarr R)
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Possiacutevel explicaccedilatildeo Efeito Faringhraeligus
Faringhraeligus (1929) hemaacutecias se acumulam axialmente causando uma diminuiccedilatildeo no hematoacutecrito ( volume ocupada pelos gloacutebulos vermelhos ou hemaacutecias no volume total de sangue)
Isso ocorre porque o fluxo eacute laminar (ie o fluxo axial de hemaacutecias eacute mais raacutepido do que o fluxo marginal)
Como haacute menos ceacutelulas a resistecircncia viscosa eacute menor
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Para reflexatildeo
O acuacutemulo axial de hemaacutecias em tubos de pequeno diacircmetro depende da deformabilidade das ceacutelulas de forma que ceacutelulas mais deformaacuteveis migram para o centro do vaso durante o fluxo laminar
As ceacutelulas de neonatos satildeo mais deformaacuteveis do que as ceacutelulas de adultos
Considerando isso em teoria como a transfusatildeo de sangue de um adulto para um receacutem-nascido poderia afetar a perfusatildeo tecidual e o trabalho cardiacuteaco de quem recebe
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Laplace Relaccedilatildeo entre pressatildeo e tensatildeo
Pressatildeo ndash forccedila por aacuterea
Tensatildeo ndash forccedila por raio
No sistema circulatoacuterio a tensatildeo eacute exercida por fibras musculares (coraccedilatildeo) ou elaacutesticas (vasos em geral)
A Lei de Laplace estabelece a relaccedilatildeo entre pressatildeo tensatildeo e raio em estruturas de formas diferentes
Parauma cacircmara cardiacuteaca P=2sdotTr
Para os vasos P=Tr
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Pressatildeo nos capilares
Os capilares satildeo a uacutenica porccedilatildeo do sistema cardiovascular acessiacutevel a trocas metaboacutelicas com os tecidos
A pressatildeo hidrostaacutetica do sangue ldquoempurrardquo o fluido para fora dos capilares (filtraccedilatildeo) e a pressatildeo oncoacutetica (ou osmoacutetica coloidal) do sangue ldquopuxardquo o fluido para os capilares (reabsorccedilatildeo)
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Alteraccedilotildees nas pressotildeesnos capilares
Alteraccedilotildees na pressatildeo hidrostaacuteticandash Aumento do vetor de saiacuteda e diminuiccedilatildeo do vetor de entrada do
fluido
ndash Dilataccedilatildeo arteriolar ou constriccedilatildeo venular
ndash Aumento da pressatildeo venosa
ndash Accedilatildeo do campo G
Alteraccedilotildees na pressatildeo oncoacuteticandash Hipoproteinemia ndash consequente extravasamento de liacutequido
ndash Aumento de sais no conteuacutedo extracelular ndash consequente retenccedilatildeo de liacutequido
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei dos gases e suas aplicaccedilotildees bioloacutegicas
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
A Lei dos Gases
Nos gases as forccedilas moleculares de repulsatildeo satildeo mais fortes que as de atraccedilatildeo fazendo com que as moleacuteculas sejam repelidas
Se o gaacutes natildeo eacute contido em um volume determinado o gaacutes tende a se difundir para o infinito
Quando em um recipiente o choque das moleacuteculas do gaacutes sobre as paredes provoca pressatildeo (forccedila middot aacuterea-1) se o gaacutes eacute aquecido ou resfriado o volume ou a pressatildeo podem variar e a temperatura eacute o terceiro paracircmetro que define a situaccedilatildeo de estado de um gaacutes
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
CNTP
Variaacuteveis tomadas em condiccedilotildees de referencialndash Temperatura 0 ordmC (= 273 ordmK)
ndash Pressatildeo 1 atm (= 760 mm Hg ou 101x105 Pa)
Nessas condiccedilotildees 1 mol de um gaacutes ideal tem volume de 224 msup3 (= 224 L)
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Boyle-Mariotte
ldquoMantida constante a temperatura o volume de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave pressatildeordquo
Permite explicar as mudanccedilas de pressatildeo que o ar sofre ao sair e entrar nos pulmotildees
Ex Se um litro de gaacutes agrave pressatildeo de 1 Pa eacute submetido a uma nova pressatildeo de 4 Pa qual seraacute a variaccedilatildeo de volume
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Exerciacutecio para fixaccedilatildeo
Durante a inspiraccedilatildeo a pressatildeo intrapulmonar diminui em 5 mmHg (= 665 Pa) Qual a variaccedilatildeo do volume de 05 L de ar que entra no pulmatildeo
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Gay-Lussac-Charles
ldquoO volume de um gaacutes eacute diretamente proporcional agrave temperatura absoluta mantida a pressatildeo constanterdquo
Ex Meio litro de ar a 20 ordmC eacute aspirado para o pulmatildeo a 37 ordmC Qual eacute seu aumento de volumendash Natildeo esqueccedila da conversatildeo K = ordmC + 27315
V 1sdotT 2=V 2sdotT 1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Boyle-Mariotte + Gay-Lussac-Charles = Lei Geral dos Gases
P ndash pressatildeo do gaacutes V ndash volume do gaacutes n ndash quantidade de mateacuteria R ndash constante universal dos gases T ndash temperatura absoluta
PsdotV=nsdotRsdotT
R=83times103 Jsdotkmolminus1sdotKminus1
R=83 Jsdotmolminus1sdotKminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Exemplo
Um animal consome 270 ml de O2 por minuto a 37 ordmC agrave
pressatildeo de 1 atm Quantos moles de O2 seratildeo consumidos
1 Conversatildeo para o SIV = 027 x 10-3 msup3
P asymp 101 x 105 Pa
T = 27315 + 37 = 31015 K
2 Rearranjando a foacutermula
n=PVRT
=101times105 x 027times10minus3
83times103times31times102
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Dalton
ldquoA pressatildeo total de uma mistura de gases eacute igual agrave soma da pressatildeo de cada componenterdquo
No caso do ar atmosfeacuterico
PT=P1+P2+P3++Pn
Par=PN2+PO2
+PH 2Ov
+PCO2+Pg
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Exemplo
Qual a pressatildeo parcial dos gases no ar atmosfeacuterico em 760 mm Hg (101 x 105 Pa) E nos alveacuteolos considerando a mesma pressatildeo
Gases ar atmosfeacuterico ar alveolar
N2
7862 749
O2
2084 136
CO2
004 53
H2O 05 62
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Henry
ldquoO volume de um gaacutes dissolvido em um liacutequido eacute proporcional agrave pressatildeo do gaacutes sobre o liacutequido a um fator de solubilidade e ao volume do liacutequidordquo
ndash P ndash pressatildeo (em torr)
ndash f ndash fator de solubilidade
ndash V1 ndash volume do liacutequido
V d=PsdotfsdotV 1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
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Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Lei de Graham
Define a difusatildeo de gases
ldquoA difusatildeo e a efusatildeo de um gaacutes eacute inversamente proporcional agrave raiz quadrada de sua massa molecularrdquondash Constantes introduzidas para aplicaccedilotildees bioloacutegicas
coeficiente de solubilidade (Cs) temperatura absoluta (T) aacuterea de difusatildeo (A) coeficiente de pressatildeo (∆P) distacircncia (L) viscosidade do meio (η)
v=CssdotTsdotAsdotΔP
radicMsdotLsdotη
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Estrutura e funccedilatildeo do sistema respiratoacuterio humano
Pleura fina membrana que cobre os pulmotildees ndash Camada parietal externa camada visceral interna (aderente aos pulmotildees)ndash Continuidade entre as duas camadas com um pequeno espaccedilo entre as duas (cavidade pleural ou espaccedilo
interpleural) rarr PRESSAtildeO SUBATMOSFEacuteRICA
Pulmotildees subdivididos em lobos segmentos traqueia e brocircnquios
Segmentos bronquiopulmonares Brocircnquios principais rarr brocircnquios lobares rarr brocircnquios segmentares rarr bronquiacuteolos terminais rarr bronquiacuteolos respiratoacuterios rarr dutos alveolares rarr alveacuteolos
Traqueia
Vasos arteacuteria pulmonar (transporta o sangue desoxigenado para os alveacuteolos) veias pulmonares (transportam o sangue oxigenado ao aacutetrio esquerdo) vasos de suprimento para os tecidos pulmonares vasos linfaacuteticos para drenagem do ECF
httpimagesslideplayercombr4611704599slidesslide_9jpg
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
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Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Alveacuteolos
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
O ciclo respiratoacuterio
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Mudanccedilas de pressatildeo durante o ciclo respiratoacuterio
Lei de Boyle-Mariotte o volume de um gaacutes varia inversamente com sua pressatildeo
Se o volume dos alveacuteolos eacute aumentado durante a inspiraccedilatildeo gera-se -ΔP em relaccedilatildeo agrave atmosferandash O principal muacutesculo que controla a inspiraccedilatildeo eacute o diafragma
sua contraccedilatildeo durante a inalaccedilatildeo calma faz com que o pulmatildeo desccedila ~1 cm produzindo ΔP asymp 1-3 mmHg inalando ~ 500 mL de ar em respiraccedilatildeo estenuante o pulmatildeo desce ~10 cm produzindo ΔP asymp 100 mmHg e inalaccedilatildeo de 2-3 L de ar
ndash
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
O ciclo respiratoacuterio
Caracteriacutesticas biofiacutesicas importantesndash A ventilaccedilatildeo eacute puramente passiva se haacute obstruccedilatildeo
das vias aeacutereas a dilataccedilatildeo ou contraccedilatildeo do toacuterax natildeo produz movimento de ar
ndash Natildeo haacute trabalho muscular na expiraccedilatildeo em repouso o trabalho ocorre na inspiraccedilatildeo e na respiraccedilatildeo forccedilada
Como deve ser a respiraccedilatildeo no Mar Morto (pressatildeo atmosfeacuterica 79882 mmHg) E em Tosontsengel (pressatildeo atmosfeacuterica 81434 mmHg)
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Volumes e capacidades respiratoacuterias
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Volumes e capacidades respiratoacuterias
O volume corrente reflete a exigecircncia de O2 do organismo de 05 L a
cada ciclo em repouso ~035 L penetram no alveacuteolo e 015 L ficam nas vias aeacutereas superiores
O volume de reserva inspiratoacuteria estaacute relacionado ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
O volume de reserva expiratoacuteria estaacute relacionado com a forccedila de compressatildeo dos muacutesculos toraacutecicos e do diafragma
O volume residual estaacute relacionado com a capacidade espacial do toacuterax e mediastino
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Volumes e capacidades respiratoacuterias
A capacidade inspiratoacuteria estaacute relacionada ao equiliacutebrio entre a elasticidade pulmonar e a performance muscular do toacuterax
A capacidade residual funcional por estar exatamente no intervalo entre os dois hemiciclos representa o momento em que o sangue fica em contato com o volume de ar por tempo suficientemente longo para a troca gasosa
A capacidade vital eacute o limite fiacutesico do volume corrente
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Σ Representa a forccedila que deve ser exercida para a penetraccedilatildeo de objetos em uma superfiacutecie liacutequida
Anaacutelise dimensional forccedila por distacircncia ou trabalho por aacuterea de penetraccedilatildeo
σ=Forccedila
Distacircncia=MsdotLsdotT 2
L=MsdotT 2
σ=TrabalhoAacuterea
=MsdotL2
sdotTminus2
L=MsdotT 2
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
A tensatildeo superficial eacute uma barreira agrave difusatildeo a camada monomolecular de liacutequido eacute uma barreira agrave difusatildeondash A tensatildeo superficial da aacutegua eacute de 71 x 10-3 Nm-3 no
pulmatildeo o surfactante diminui esse valor para ~4-15 x 10-3 N m-3
Aumentos na tensatildeo superficial podem levar ao colabamento dos alveacuteolos
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
A tensatildeo superficial e aLei de Laplace
Se a ldquotorneirardquo A eacute fechada (p ex obstruccedilatildeo das vias aeacutereas superiores) o conteuacutedo do alveacuteolo menor B se esvaziaraacute no alveacuteolo maior Cndash Como o raio de B eacute menor e a sua tensatildeo maior a
pressatildeo interna seraacute maior do que C
Em condiccedilotildees patoloacutegicas como no enfisema os alveacuteolos maiores apresentam funcionamento pior do que os alveacuteolos menores a obstruccedilatildeo respiratoacuteria piora muito a condiccedilatildeo
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
Aspectos biofiacutesicos dotransporte de gases
Os gases existem nos liacutequidos combinados com solutos ou dissolvidos fisicamente
O O2 existe no sangue combinado agrave hemoglobina (HbO
2(aq)) e dissolvido
fisicamente (O2(aq))
Para o oxigecircnio podemos determinar nos capilares alveolares a quantidade dissolvida pela lei de Henry
Esses 275 ml de O2 exercem uma pressatildeo parcial igual agrave do gaacutes no alveacuteolo
V d=PsdotfsdotV 1=95times0029times1=275mlO2 iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
O O2 transportado na hemoglobina
Se considerarmos a Hb completamente saturada de oxigecircnio podemos calcular quanto O
2 estaacute ligado nas
Hb dos capilares alveolares atraveacutes da molaridade da soluccedilatildeo
Para valores normais de Hb no sangue (12 a 18 gdL) temos
Em volume isso eacute equivalente a 236 ml
M Hb=150 gsdotlminus1
16100 gsdotmolminus1=093times10minus2molsdotLminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
CO2 transportado no sangue
CO2 carreado como carbamino-Hb (30) carbonato total (60) e CO
2
dissolvido (10)
Carbonato total NaHCO3 e H
2CO
3 rarr aacutec carbocircnico equivalente ao
CO2(aq)
A fraccedilatildeo de aacutecibo bicarbocircnico nas hemaacutecias eacute um pouco menos da metade da fraccedilatildeo no plasma
Uma fraccedilatildeo de CO2 globular estaacute sob a forma de carbamino-Hb
V d=PsdotfsdotV 1=40times070times1=280mlO2iquest(aq)sdotlminus1
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