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Análise Biofísica do Sistema (Biofísica da Respiração)

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Análise Biofísica do Sistema O trabalho mecânico realizado pela musculatura durante a inspiração é o estiramento das fibras elásticas e colágenas do pulmão, e também para superar a tensão superficial na interfase ar líquido presente nos espaços aéreos. A energia gasta neste propósito é dissipada como calor, mas parte dela é armazenada como energia potencial elástica na inspiração nas estruturas que sofrem o estiramento; essa energia é gasta para realizar o trabalho da expiração. A energia arma
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  Análise Biofísica do SistemaO trabalho mecânico realizado pela musculatura durante a inspiração é o estiramento das fibraselásticas e colágenas do pulmão, e também para superar a tensão superficial na interfase arlíquido presente nos espaços aéreos. A energia gasta neste propósito é dissipada como calor, mas parte dela é armazenada comoenergia potencial elástica na inspiração nas estruturas que sofrem o estiramento; essa energia égasta para realizar o trabalho da expiração. A energia armazenada como energia potencial elástica é usada, portanto, durante a expiraçãopara restaurar o pulmão ao seu volume inicial pré-inspiratório. A energia potencial elástica de um corpo deformado é o trabalho feito pelas forças elásticasquando o corpo muda de sua configuração deformada para a sua configuração de repouso,quando a energia potencial é convencionalmente igual a zero. Imagine que, nos pulmões, um aumento no comprimento de suas fibras elásticas implica emmaior volume e num estiramento de molas elásticas . O grau de estiramento dessas molas depende da pressão de distensão aplicada e da dificuldade oferecida a esta distensão. Podemos, então, supor que existe, para cada pulmão, uma relação entre pressão aplicada evolume de ar inspirado. Essa relação é expressa pela ComplacênciaC = DV/DPNa faixa normal de pressão de distensão pulmonar (-2 a –10 cm H 2 O), a complacência do sistemaé alta, ou seja, é relativamente fácil expandir os pulmões. Contudo, quando os volumespulmonares são elevados, o pulmão se torna rígido, com baixa complacência. Biofísica Aplicada aos Músculos RespiratóriosA atividade da musculatura inspiratória é exigida para superar a impedância do sistemarespiratório. O músculo inspiratório mais importante é o diafragma, um músculo de esqueleto em forma decúpula que separa as cavidades torácica e abdominais. O diafragma consiste em duas regiões principais: o diafragma costal, que se insere nas costelas,e o diafragma crural, que se reparte sobre os órgãos centrais (por exemplo, o esôfago) e não temnenhuma inserção em costelas. Sob condições de respiração calma, o diafragma é o único músculo inspiratório em operação.Quando ventilação adicional é requerida, como durante exercício físico ou em estados de doençacomo asma, outros músculos ficam ativos. Estes incluem os intercostais externos, os escalenos e  o esternocleidomastoideo. Os dois últimos são chamados músculos adicionais ou accessórios darespiração. Diferentemente da inspiração, a expiração normalmente é um fenômeno passivo; o recuo elástico(= retração elástica) do pulmão e da parede do tórax contribuem para a geração de um gradientede pressão para o fluxo expiratório. Se uma obstrução de via aérea desenvolve, a expiração se torna um processo ativo e requertrabalho através de músculos expiratórios, inclusive os intercostais internos e os abdominais(abdominis oblíquo, transversal externo e interno, e abdominis rectus).  Determinantes da Força de Contração da Musculatura RespiratóriaComo com outros músculos esqueléticos, os músculos respiratórios são caracterizados pelaspropriedades inotrópicas que relacionam:1) comprimento pré-contrátil com a tensão ativa (força de contração gerada),2) freqüência de contração com força de contração; e3) velocidade de encurtamento e força de contração. Além disso, como o diafragma tem forma de cúpula, a lei de Laplace deve ser levada emconsideração. Influência do Comprimento InicialDe modo semelhante ao que estudamos no músculo cardíaco, a força gerada por um músculo deesqueleto é uma função de seu comprimento antes de sua contração. De um modo geral, nosmúsculos esqueléticos, é gerada tensão máxima quando o músculo está em seu comprimento derepouso. Qualquer redução ou estiramento do músculo antes da excitação resulta em geração detensão submáxima. Diferente dos músculos de esqueleto, porém, o diafragma gera força de pico a aproximadamente130% de seu comprimento em repouso. O declínio na força de contração gerada com comprimentos de músculo decrescentes (quecorresponde a um aumento no volume pulmonar em repouso) assume importância clínica, comopor exemplo, na doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), que inclui bronquite crônica eenfisema. Nessas condições, a hiperinsuflação do pulmão produz achatamento do diafragma. O diafragmaachatado tem um comprimento menor e, conseqüentemente, produz contração com menor força:  opera com umadesvantagem mecânica. O mesmo se dá na vigência de crises de asma brônquica,que evoluem tipicamente com hiperinsuflação pulmonar. Influência da Freqüência de ExcitaçãoAté certo ponto, a geração de força aumenta com freqüência de excitação crescente. Depoisdisso, a força permanece constante, apesar de aumentos adicionais em freqüência de estímulos. Influência da Velocidade de EncurtamentoPor outro lado, menos tensão é gerada com velocidades mais altas de encurtamento de músculo.A implicação clínica dessa relação é que, para um determinado nível de excitação dos músculosrespiratórios, menos força é gerada a elevados fluxos de ar, porque taxas de corrente de ar maisaltas se correlacionam com maiores velocidades de encurtamento do diafragma. Influência do Raio de Curvatura: Relação de LaplaceAlém destas relações fundamentais, deve ser considerada a geometria sem igual do diafragmacomo um músculo encurvado. A lei de Laplace descreve a relação entre pressão, tensão, e raio decurvatura:T = P. r 2 P = T/r 2 ondeP = pressão gerada pelo músculoT = tensão no músculor = raio de curvatura Como o diafragma se achata quando contrai, o raio de curvatura e a pressão gerada diminuem.Este efeito, junto com o menor encurtamento do músculo, contribui para um declínio na força decontração do diafragma em pacientes com hiperinsuflação. [1]Pressão Transdiafragmática A atividade da musculatura respiratória resulta em ventilação, produzindo uma mudança deconformacional na parede do tórax. Especificamente, durante inspiração quieta, a descida do diafragma (aplainando sua cúpula)causa abaixamento do arco costal para aumentar o diâmetro torácico transversal eanteroposteriormente. Como resultado, a pressão intratorácica cai (fica mais negativa) e o pulmão se expande à medidaem que ar entra na cavidade de torácica a favor do gradiente de pressão negativo criado.   À medida em que a pressão intratorácica cai, a pressão abdominal sobe, porque o movimentodescendente do diafragma comprime os conteúdos abdominais. A Pressão Intratorácica énormalmente medida como pressão pleural. Pressão transdiafragmática, diferença entre pressão abdominal e pressão pleural, é calculadacomo:P di = P ab - P pl ondePdi = Pressão TransdiafragmáticaPab = Pressão AbdominalPpl = Pressão Pleural A geração de uma pressão transdiafragmáticapositivaindicacontraçãoativado diafragma. Quando o diafragma paralisou ou cansou, pode passar para cima, para a cavidade do tórax,durante a inspiração, quando os outros músculos inspiratórios se contraem e criam uma pressãointratorácica negativa. Por conseguinte, a pressão transdiafragmática cai a zero. A medida da pressão transdiafragmática é o modo mais definitivo de se diagnosticar paralisiabilateral do diafragma. Paralisia do diafragma pode surgir de várias desordens, inclusive doençada medula ou lesão de núcleo frênico, infecção desmielinizante de nervos periféricos (porexemplo,síndrome de Guillain-Barré), doenças da junção de neuromuscular (porexemplo,miastenia gravis), ou doenças primárias de músculo (por exemplo,distrofia muscular). Uma baixa pressão transdiafragmatica é típica do diafragma em fadiga.Sob condições basais, o diafragma (e os outros músculos respiratórios) consomem menosque5% do consumo total de oxigênio do corpo. Quando existem exigências de ventilação altas (por exemplo, durante exercício ou na pneumoniaem um paciente com enfisema), as exigências de oxigênio dos músculos respiratóriosrepresentam um componente significativo do consumo de oxigênio global. A demanda excessivade oxigênio pode resultar em fadiga de músculo respiratório. Isto pode ser evidenciado comouma freqüência respiratória aumentada, pelo movimento paradoxal tórax-abdome e,eventualmente, uma elevação na tensão de gás carbônico arterial (PaCO 2 ). O movimento paradoxal do diafragma e da parede abdominal corresponde à movimentação paradentro da parede abdominal anterior durante inspiração, quando o diafragma é puxado paracima, na cavidade do tórax, pela pressão negativa gerada pelos músculos inspiratórios que aindanão estão em fadiga, Outras PressõesPressão na Abertura das Vias AéreasPao é a pressão na abertura da via aérea (a boca, as narinas). Sob circunstâncias normais,quando nenhuma corrente de ar está presente (no fim da inspiração e no fim da expiração) com avia aérea aberta à atmosfera, Pao é zero.
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