Biofísica do Sistema Respiratório
Seres vivos, quanto ao uso do oxigênio:
 Aeróbios: dependem do oxigênio.
 Anaeróbios: não utilizam oxigênio (ou usam apenas
ocasionalmente).
Os seres mais desenvolvidos usam obrigatoriamente o oxigênio
para manter a combustão.
O aparelho respiratório é responsável pela rápida troca de gases
entre o ambiente e o ser vivo. O sistema respiratório funciona
integrado ao circulatório. Possui dois hemiciclos:
 Inspiração: ar atmosférico é aspirado para uma região
permeável (o pulmão), onde entra em contato com o
sangue e permite absorção de O2.
 Expiração: o ar pulmonar é expelido para o ambiente,
eliminando CO2 e outros componentes para fora.
Assim, o aparelho respiratório realiza a troca entre O2 e CO2 no
pulmão e o aparelho circulatório conduz O2 aos tecidos e remove
CO2 deles e leva até o pulmão.
No gás, as moléculas tendem a repulsão e se espalham até o
infinito, caso não sejam contidas em um volume determinado.
Logo, o volume de um gás só pode ser determinado quando está
contido em um recipiente ou câmara qualquer. O choque das
moléculas do gás contra as paredes do recipiente determina a
pressão (Força/Área). Se o gás tem sua temperatura mudada
(aquecido ou resfriado), o volume ou a pressão podem variar.
Assim, para o estudo de um gás, torna-se necessário considerar:
Volume, Pressão e Temperatura.
Lei de Boyle-Mariotte: o volume de gás é inversamente
proporcional à pressão, mantida constante a temperatura.
Lei de Gay-Lussac-Charles: o volume de um gás é diretamente
proporcional à temperatura absoluta, mantida a pressão
constante.
Lei de Dalton: a pressão total de uma mistura de gases é igual à
soma da pressão de cada um dos componentes.
Par = PN2 + PO2 + PH2O + PCO2 + Pg
Onde Pg corresponde à pressão por gases raros.
Lei de Graham: a difusão de um gás é inversamente proporcional
à raiz quadrada de sua massa molecular.
Estrutura e função do aparelho respiratório:
Composição: vias aéreas superiores (cavidade nasal, faringe e
laringe) e vias aéreas inferiores (traquéia, brônquios, bronquíolos
e pulmões).
Os pulmões estão contidos dentro da cavidade torácica que se
dilata e contrai através dos músculos intercostais e diafragma.
Entre o pulmão e a parede torácica existe um duplo folheto
(pleura) que se divide em pleura visceral (colada ao pulmão) e
parietal (colada à parede torácica).
Entre os dois folhetos existe um espaço importante que é o
espaço pleural, onde a pressão é negativa (ou, mais
corretamente, subatmosférica).
O local onde o sangue fica mais próximo do ar atmosférico é no
alvéolo pulmonar, separados por uma membrana de 0,4µm.
Na inspiração o volume torácico aumenta e a pressão dentro da
cavidade diminui. Logo o ar atmosférico passa para dentro do
pulmão, pois a pressão atmosférica torna-se maior (2ª. Lei da
TD).
Na expiração, o volume torácico diminui e a pressão dentro da
cavidade aumenta. Logo o ar pulmonar é expelido, pois a pressão
atmosférica torna-se menor.
Exemplo
Quer você esteja no nível do mar ou no alto de uma montanha, a
atmosfera tem o mesmo nível de oxigênio: 21%. Quando as
pessoas escalam em altitudes elevadas, no entanto, elas
experimentam menos pressão atmosférica (barométrica), e como
as moléculas de oxigênio estão mais separadas, a respiração
torna-se mais difícil.
A entrada e saída do ar são chamadas de ventilação pulmonar
com as seguintes características:
a) A ventilação é puramente passiva. Um indivíduo com as
vias aéreas obstruídas pode dilatar ou contrair o tórax que
o ar se movimenta.
b) Em um animal sadio e em repouso, a contração muscular é
importante e tem gasto de energia apenas na inspiração.
Durante a expiração não há trabalho muscular. Quando a
respiração é forçada, ocorre gasto de energia em ambos os
hemiciclos.
Se a entrada de ar atmosférico é que dilata passivamente o
pulmão, numa situação onde a pressão pleural (normalmente
subatmosférica) se iguala à pressão atmosférica, a cavidade
torácica pode expandir, porém o pulmão não acompanha. Isto
ocorre no pneumotórax e nos derrames pleurais. O tratamento
consiste na restauração da pressão subatmosférica do espaço
pleural.
Os volumes expirado e inspirado são determinados pelo
espirógrafo, um aparelho que consistem basicamente de um
vaso de vidro com volume conhecido, colocado sobre água e
cujos movimentos de ascensão e descida com a entrada e saída
do ar são registrados em um quimógrafo. Neste aparelho, o CO2
pode ser eliminado e o O2 fornecido automaticamente.
A tensão superficial é uma força que une compactamente a
camada monomolecular da superfície de um líquido, tendo duas
repercussões dentro do alvéolo pulmonar:
a) Barreira à difusão: Quanto maior a tensão superficial da
fina camada de líquido que recobre o alvéolo, mais difícil é
a difusão do O2 para o sangue. No pulmão existem
surfactantes (moléculas que diminuem a tensão superficial)
como a dipalmitoil lecitina. Algumas doenças atuam
diminuindo os surfactantes e administração dos mesmos
por aerossol pode ser eficaz (n-acetilcisteína, p.ex.).
b) Fechamento dos alvéolos: quanto maior a tensão
superficial, maior a tendência ao fechamento dos alvéolos.