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.
|