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Mecânica  Respiratória:  Importantes  Aspectos  Biofísicos

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 armazenada como energia potencial elástica é usada, portanto, durante a expiração para restaurar o pulmão ao seu volume inicial pré-inspiratório.

 

A energia potencial elástica de um corpo deformado é o trabalho feito pelas forças elásticas quando 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 em maior 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 e volume de ar inspirado. Essa relação é expressa pela Complacência

C = DV/DP

Na faixa normal de pressão de distensão pulmonar (-2 a –10 cm H2O), a complacência do sistema é alta, ou seja, é relativamente fácil expandir os pulmões. Contudo, quando os volumes pulmonares são elevados, o pulmão se torna rígido, com baixa complacência.

 

 

 

Biofísica Aplicada aos Músculos Respiratórios

A atividade da musculatura inspiratória é exigida para superar a impedância do sistema respiratório.

 

O músculo inspiratório mais importante é o diafragma, um músculo de esqueleto em forma de cúpula 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 tem nenhuma 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 doença como asma, outros músculos ficam ativos. Estes incluem os intercostais externos, os escalenos e o esternocleidomastoideo. Os dois últimos são chamados músculos adicionais ou accessórios da respiração.

 

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 gradiente de pressão para o fluxo expiratório.

 

Se uma obstrução de via aérea desenvolve, a expiração se torna um processo ativo e requer trabalho 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 Respiratória

Como com outros músculos esqueléticos, os músculos respiratórios são caracterizados pelas propriedades inotrópicas que relacionam:

1) comprimento pré-contrátil com a tensão ativa (força de contração gerada),

2) freqüência de contração com força de contração; e

3) velocidade de encurtamento e força de contração.

 

Além disso, como o diafragma tem forma de cúpula, a lei de Laplace deve ser levada em consideração.

 

 

Influência do Comprimento Inicial

De modo semelhante ao que estudamos no músculo cardíaco, a força gerada por um músculo de esqueleto é uma função de seu comprimento antes de sua contração. De um modo geral, nos músculos esqueléticos, é gerada tensão máxima quando o músculo está em seu comprimento de repouso. Qualquer redução ou estiramento do músculo antes da excitação resulta em geração de tensão submáxima.

 

Diferente dos músculos de esqueleto, porém, o diafragma gera força de pico a aproximadamente 130% de seu comprimento em repouso.

 

O declínio na força de contração gerada com comprimentos de músculo decrescentes (que corresponde a um aumento no volume pulmonar em repouso) assume importância clínica, como por exemplo, na doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), que inclui bronquite crônica e enfisema.

 

Nessas condições, a hiperinsuflação do pulmão produz achatamento do diafragma. O diafragma achatado tem um comprimento menor e, conseqüentemente, produz contração com menor força: opera com uma desvantagem mecânica. O mesmo se dá na vigência de crises de asma brônquica, que evoluem tipicamente com hiperinsuflação pulmonar.

 

 

Influência da Freqüência de Excitação

Até certo ponto, a geração de força aumenta com freqüência de excitação crescente. Depois disso, a força permanece constante, apesar de aumentos adicionais em freqüência de estímulos.

 

 

 

Influência da Velocidade de Encurtamento

Por 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 músculos respiratórios, menos força é gerada a elevados fluxos de ar, porque taxas de corrente de ar mais altas se correlacionam com maiores velocidades de encurtamento do diafragma.

 

 

Influência do Raio de Curvatura: Relação de Laplace

Além destas relações fundamentais, deve ser considerada a geometria sem igual do diafragma como um músculo encurvado. A lei de Laplace descreve a relação entre pressão, tensão, e raio de curvatura:

T = P. r2

P = T/r2

onde

P = pressão gerada pelo músculo

T = tensão no músculo

r = 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 de contração do diafragma em pacientes com hiperinsuflação.

 

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