Boundless Anatomy and Physiology

Pressure Changes During Pulmonary Ventilation

Ventilation is the rate at which gas enters or leaves the lung.

Learning Objective

Differentiate among the types of pulmonary ventilation: minute, alveolar, dead space

Key Takeaways

Key Points

  • Ventilation is the rate at which gas enters or leaves the lung.
  • The three types of ventilation are minute ventilation, alveolar ventilation, and dead space ventilation.
  • The alveolar ventilation rate changes according to the frequency of breath, tidal volume, and amount of dead space.
  • PA refere-se à pressão parcial alveolar de um gás, enquanto Pa refere-se à pressão parcial desse gás no sangue arterial.
  • A troca gasosa ocorre por difusão passiva, pois PAO2 é maior que PaO2 no sangue desoxigenado.

Key Terms

  • ventilação: O processo corporal de respiração, a inalação de ar para fornecer oxigênio e a exalação de ar gasto para remover o dióxido de carbono.
  • pressão parcial: A pressão exercida por um gás, seja no ar ou dissolvido, que indica a concentração desse gás.

Os Tipos de Taxas de Ventilação

Na fisiologia respiratória, a taxa de ventilação é a taxa na qual o gás entra ou sai do pulmão. A ventilação é geralmente expressa como volume de ar vezes uma frequência respiratória.

O volume de ar pode referir-se ao volume corrente (a quantidade inalada numa respiração média) ou algo mais específico, tal como o volume de espaço morto nas vias respiratórias. Os três principais tipos de ventilação utilizados na fisiologia respiratória são:

  1. Ventilação infinita (VE): A quantidade de ar que entra nos pulmões por minuto. Pode ser definida como \text{VE}=\text{Volume corrente}\text{Breaths Per Minute}
  2. Ventilação alveolar (VA): A quantidade de gás por unidade de tempo que chega aos alvéolos e se envolve na troca de gás. É definida como \text{VA}=esquerda(\text{Volume corrente}–texto{Volume de espaço morto}}-direita)\textos{Taxa respiratória}
  3. Ventilação de espaço morto (VD): A quantidade de ar por unidade de tempo que não está envolvida na troca de gás, tal como o ar que permanece nas zonas condutoras. É definida como \text{VD}=\text{Volume do espaço morto}\text{Tempo}.

Adicionalmente, a ventilação por minuto pode ser descrita como a soma da ventilação alveolar e do espaço morto, desde que a frequência respiratória utilizada para derivá-los seja em termos de respirações por minuto.

Os três tipos de ventilação estão matematicamente ligados entre si, de modo que alterações numa frequência respiratória podem causar a alteração da outra. Isto é mais evidente nas alterações do volume do espaço morto. Respirar através de um tubo de snorkeling e ter uma embolia pulmonar, ambos aumentam a quantidade de volume do espaço morto (através do espaço morto anatômico versus alveolar, respectivamente), o que irá reduzir a ventilação alveolar.

A ventilação alveolar é o tipo mais importante de ventilação para medir quanto oxigênio realmente entra no corpo, o que pode iniciar mecanismos de feedback negativo para tentar aumentar a ventilação alveolar apesar do aumento do espaço morto. Em particular, o corpo geralmente tentará combater o aumento do espaço morto aumentando a frequência das respirações para tentar manter níveis suficientes de ventilação alveolar.

Pressão parcial dos gases

Este é um diagrama de troca de gases nos pulmões. Ele mostra os aveólis removendo o dióxido de carbono do sangue e depois adicionando oxigênio ao sangue.

Troca gasosa nos pulmões: Diagrama da troca gasosa nos pulmões.

Quando os gases se dissolvem na corrente sanguínea durante a ventilação, eles são geralmente descritos pela pressão parcial dos gases. A pressão parcial refere-se mais especificamente à concentração relativa desses gases pela pressão que exercem em estado dissolvido.

Em fisiologia respiratória, PAO2 e PACO2, referem-se às pressões parciais de oxigênio e dióxido de carbono nos alvéolos.

PaO2 e PaCO2 referem-se às pressões parciais de oxigênio e dióxido de carbono no sangue arterial. As diferenças nas pressões parciais dos gases entre o ar alveolar e a corrente sanguínea são a razão pela qual as trocas gasosas ocorrem por difusão passiva.

Em condições normais, a PAO2 é cerca de 100 mmHg, enquanto a PaO2 é 80-100 mmHg nas artérias sistêmicas, mas 40-50 mmHg no sangue desoxigenado da artéria pulmonar indo para os pulmões.

Recordar que os gases viajam de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, de modo que a maior pressão de oxigênio nos alvéolos em comparação com a do sangue desoxigenado explica porque o oxigênio pode se difundir passivamente na corrente sanguínea durante a troca gasosa.

Conversamente, PACO2 é de 35 mmHg, enquanto PaCO2 é cerca de 40-45 mmHg nas artérias sistêmicas e 50 mmHg na artéria pulmonar. A pressão parcial, e portanto a concentração de dióxido de carbono, é maior nos capilares dos alvéolos em relação ao ar alveolar, de modo que o dióxido de carbono se difundirá passivamente da corrente sanguínea para os alvéolos durante as trocas gasosas.

Adicionalmente, como o PaCO2 é um indicador da concentração de dióxido de carbono no sangue arterial, ele pode ser usado para medir o pH do sangue e identificar casos de acidose respiratória e alcalcose.

Inspiração

Inalação é o fluxo de ar para um organismo que é devido a uma diferença de pressão entre a atmosfera e o alvéolo.

Objectivo de aprendizagem

Eliminar a mecânica da inspiração

Leveia de chave

Pontos-chave

  • Em humanos, a inspiração é o fluxo de ar para um organismo a partir do ambiente externo, através das vias respiratórias, e para os alvéolos.
  • Inalação começa com o início de uma contração do diafragma, que resulta na expansão das cavidades torácica e pleural e uma diminuição da pressão (também chamada de aumento da pressão negativa).
  • Existem muitos músculos acessórios envolvidos na inalação – como os músculos intercostais externos, os músculos escalenos, o músculo esternocleidomastóideo e o músculo trapézio.
  • A respiração apenas com os músculos acessórios em vez do diafragma é considerada ineficiente, e fornece muito menos ar durante a inalação.
  • A pressão negativa na cavidade pleural é suficiente para manter os pulmões abertos, apesar da elasticidade inerente do tecido. A cavidade torácica aumenta de volume causando uma queda na pressão (um vácuo parcial) dentro do próprio pulmão.
  • Enquanto a pressão dentro dos alvéolos for inferior à pressão atmosférica, o ar continuará a mover-se para dentro, mas assim que a pressão for estabilizada o movimento do ar pára.

Key Terms

  • inspiração: A aspiração de ar para os pulmões, realizada nos mamíferos pela elevação das paredes torácicas e achatamento do diafragma.
  • músculos acessórios: Músculos que ajudam a expandir pequenas partes da cavidade torácica, quer trabalhando em adição ao diafragma ou substituindo-o se o diafragma ficar ferido.
  • pressão intrapleural: A pressão dentro da cavidade pleural, que é negativa em relação ao ar exterior e torna-se ainda mais negativa durante a inspiração.

inspiração refere-se à inalação – é o fluxo da corrente respiratória para um organismo. Em humanos é o movimento do ar ambiente através das vias aéreas e para os alvéolos dos pulmões.

O Processo de Inspiração

Inspiração começa com a contração do diafragma, que resulta na expansão da cavidade torácica e da cavidade pleural. A cavidade pleural normalmente tem uma pressão menor em relação ao ar ambiente (-3 mmHg normalmente e tipicamente -6 mmHg durante a inspiração), assim quando se expande, a pressão dentro dos pulmões cai.

Pressão e volume estão inversamente relacionados entre si, assim a queda de pressão dentro do pulmão aumenta o volume de ar dentro do pulmão ao atrair ar externo para dentro do pulmão. Conforme o volume de ar dentro do pulmão aumenta, o pulmão empurra para trás contra a cavidade pleural expandida como resultado da queda na pressão intrapleural (pressão dentro da cavidade pleural).

A força da pressão intrapleural é suficiente para manter os pulmões abertos durante a respiração, apesar do recuo elástico natural do pulmão. Os sacos alveolares também se expandem como resultado de serem preenchidos com ar durante a inspiração, o que contribui para a expansão dentro do pulmão.

Eventualmente, a pressão dentro do pulmão torna-se menos negativa à medida que o volume dentro do pulmão aumenta e, quando a pressão e o volume estabilizam, o movimento do ar pára, a inspiração termina e a expiração (exalação) começa. Respirações mais profundas têm volumes correntes mais altos e requerem uma maior queda na pressão intrapleural em comparação com respirações mais rasas.

Este é um desenho esquemático de todo o trato respiratório, incluindo detalhes internos como os aveoli. Ele ilustra o trato respiratório como um sistema complexo e conectado onde a resistência em qualquer parte dele pode causar problemas.

Sistema respiratório: A resistência em qualquer parte do trato respiratório pode causar problemas.

Músculos acessórios de inspiração

O diafragma é o músculo primário envolvido na respiração, porém vários outros músculos desempenham um papel em certas circunstâncias. Estes músculos são referidos como músculos acessórios da inalação.

  • Músculos intercostais externos: Músculos localizados entre as costelas que ajudam a cavidade torácica e a cavidade pleural a expandir-se durante a inspiração silenciosa e forçada.
  • Músculos de calena: Músculos localizados entre as costelas que levantam as costelas superiores (e a cavidade torácica ao redor das costelas superiores) para ajudar na respiração. Eles fornecem um mecanismo de inspiração quando o diafragma está lesionado e não pode contrair normalmente.
  • Músculo esternocleidomastóideo: Músculos que ligam o esterno ao pescoço e permitem a rotação e rotação da cabeça. Eles podem levantar as costelas superiores como os músculos escalenos podem.
  • Músculo trapézio: Músculos nos ombros que retraem a escápula e expandem a parte superior da cavidade torácica.

Os músculos acessórios ajudam a respirar, expandindo a cavidade torácica de forma semelhante ao diafragma. Contudo, expandem uma parte muito menor da cavidade torácica em comparação com o diafragma. Portanto, não devem ser usados como mecanismo primário de inalação, pois absorvem muito menos ar em relação ao diafragma, resultando num volume corrente muito menor.

Por exemplo, os cantores precisam de muito ar para suportar a poderosa produção de voz necessária para cantar. Um problema comum nos cantores novatos é respirar com os músculos acessórios do pescoço, ombro e costelas em vez do diafragma, o que lhes dá um suprimento de ar muito menor do que o necessário para cantar adequadamente.

Expiração

Expiração (ou expiração) é o fluxo da corrente respiratória para fora do organismo.

Objectivo de aprendizagem

Eliminar a mecânica da expiração

Realizar a respiração

Pontos-chave

  • Em humanos, a expiração é o movimento do ar para fora dos tubos brônquicos, através das vias respiratórias, para o ambiente externo durante a respiração.
  • Expiração é um processo passivo devido às propriedades elásticas dos pulmões.
  • Durante a expiração forçada, os músculos intercostais internos baixam a caixa torácica e diminuem o volume torácico enquanto os músculos abdominais empurram para cima no diafragma, o que provoca a contracção da cavidade torácica.
  • Relaxamento do diafragma torácico causa contração da cavidade pleural que pressiona os pulmões para expelir o ar.
  • Controle cerebral da exalação pode ser decomposto em controle voluntário e controle involuntário.

Key Terms

  • Músculos intercostais: Os músculos intercostais são vários grupos de músculos que correm entre as costelas, e ajudam a formar e mover a parede torácica.
  • exalação: O acto ou processo de expiração, ou envio sob a forma de vapor ou vapor; evaporação.

Expiração, também chamada exalação, é o fluxo da corrente respiratória para fora do organismo. A finalidade da exalação é remover resíduos metabólicos, principalmente dióxido de carbono do organismo das trocas gasosas. O caminho para a exalação é o movimento do ar para fora da zona condutora, para o ambiente externo durante a respiração.

Este é um desenho esquemático de todo o trato respiratório, incluindo detalhes internos como os aveoli. Ele ilustra o trato respiratório como um sistema complexo e conectado onde a resistência em qualquer parte dele pode causar problemas.

Sistema respiratório: medida que o diafragma relaxa, a cavidade pleural contrai, que exerce pressão sobre os pulmões, o que reduz o volume dos pulmões à medida que o ar é empurrado passivamente para fora dos pulmões.

O Processo de Expiração

Expiração é tipicamente um processo passivo que acontece a partir do relaxamento do músculo diafragma (que se contraiu durante a inspiração). A principal razão pela qual a expiração é passiva é devido ao recuo elástico dos pulmões. A elasticidade dos pulmões é devida às moléculas chamadas elastinas na matriz extracelular dos tecidos pulmonares e é mantida pelo surfactante, um químico que evita que a elasticidade dos pulmões se torne demasiado grande, reduzindo a tensão superficial da água. Sem o surfactante, os pulmões colapsariam no final da expiração, tornando muito mais difícil a inalação de novo. Como o pulmão é elástico, ele volta automaticamente ao seu tamanho menor à medida que o ar deixa o pulmão.

Expiração começa quando a inalação termina. Assim como o aumento da pressão negativa da cavidade plueral leva à captação de ar durante a inalação, a cavidade pleural irá contrair-se durante a expiração (devido ao relaxamento do diafragma), o que exerce pressão sobre os pulmões e faz com que a pressão no interior da cavidade seja menos negativa. Um aumento da pressão leva a uma diminuição do volume dentro do pulmão, e o ar é empurrado para fora das vias respiratórias à medida que o pulmão volta ao seu tamanho menor. A cavidade pleural é tão importante para a respiração porque a sua pressão altera o volume dos pulmões, e proporciona um espaço sem atrito para o pulmão se expandir e contrair durante a respiração.

Embora a expiração seja geralmente um processo passivo, também pode ser um processo ativo e forçado. Há dois grupos de músculos que estão envolvidos na expiração forçada.

  • Internal Intercostal Muscles: Músculos da caixa torácica que ajudam a baixar a caixa torácica, que empurra para baixo, causando a exalação forçada. Note que estes não são os mesmos que os músculos intercostais externos envolvidos na inspiração.
  • Músculos Abdominais: Qualquer número de músculos do abdómen que exerçam pressão sobre o diafragma por baixo para o expandir, que por sua vez contrai a cavidade torácica, causando exalação forçada.

Isto acontece devido às propriedades elásticas dos pulmões, bem como dos músculos intercostais internos que baixam a caixa torácica e diminuem o volume torácico. À medida que o diafragma torácico relaxa durante a expiração, faz com que o tecido que o pressionou suba superiormente e pressiona os pulmões para expelir o ar.

Controle de Expiração

Expiração pode ser voluntária ou involuntária, a fim de servir diferentes propósitos para o corpo. Estes dois tipos de expiração são controlados por diferentes centros dentro do corpo.

A expiração voluntária é controlada ativamente. É geralmente definida mantendo o ar nos pulmões e liberando-o a uma taxa fixa, o que permite controlar quando e quanto ar exalar. É necessário para a produção da voz durante a fala ou canto, o que requer um controle muito específico sobre o ar, ou ainda atividades mais simples, como apagar uma vela no próprio aniversário. O componente do sistema nervoso que controla a expiração voluntária é o córtex motor (a via respiratória ascendente), porque controla os movimentos musculares, mas esta via não é totalmente compreendida, e existem muitos outros locais possíveis no cérebro que também podem estar envolvidos.

A expiração involuntária não está sob controle consciente, e é um componente importante para a função metabólica. Exemplos incluem a respiração durante o sono ou meditação. Mudanças nos padrões respiratórios também podem ocorrer por razões metabólicas, como por exemplo através do aumento da taxa respiratória em pessoas com acidose devido ao feedback negativo. O principal centro de controle neural para expiração involuntária consiste na medula oblonga e nos pons, que estão localizados no tronco encefálico diretamente abaixo do cérebro. Enquanto essas duas estruturas estão envolvidas no controle respiratório neural, elas também têm outras funções reguladoras metabólicas para outros sistemas corporais, como o sistema cardiovascular.

Padrão respiratório

A respiração é um processo autonômico que move o ar para dentro e para fora dos pulmões.

Objectivo de aprendizagem

Descreve o processo de respiração em humanos

Realizar a respiração

Pontos-chave

  • Padrão de respiração consiste em volume corrente e frequência respiratória num indivíduo.
  • Um padrão respiratório médio é de 12 respirações por minuto e 500 mL por respiração.
  • Eupneia é respiração normal em repouso.
  • Existem tipos de padrões respiratórios alterados que são sintomas de muitas doenças.
  • Padrões respiratórios alterados referem-se a alterações na frequência respiratória ou quantidade de ar trocado durante a respiração, e nem sempre indicam alterações na ventilação alveolar.
  • O mecanismo de geração do padrão ventilatório envolve a integração de sinais neurais pelos centros de controle respiratório na medula e pons.

Key Terms

  • padrões respiratórios alterados: Padrões respiratórios anormais que indicam tipicamente uma frequência respiratória muito rápida ou muito lenta ou muito ou muito pouco volume corrente.
  • volume corrente: A quantidade de ar deslocada ou trocada em uma única respiração.

Padrões respiratórios referem-se à frequência respiratória, que é definida como a frequência das respirações durante um período de tempo, bem como a quantidade de ar ciclado durante a respiração (volume corrente). Os padrões respiratórios são um importante critério diagnóstico para muitas doenças, incluindo algumas que envolvem mais do que o próprio sistema respiratório.

Características dos Padrões Respiratórios

A frequência respiratória é a frequência das respirações ao longo do tempo. O período de tempo é variável, mas geralmente expresso em respirações por minuto porque esse período de tempo permite estimar a ventilação por minuto. Durante a respiração normal, o volume de ar que se respira por inalação e exalação é chamado de volume corrente (VT), e é a quantidade de ar trocada em uma única respiração. O volume corrente multiplicado pela frequência respiratória é a ventilação-minuto, que é um dos indicadores mais importantes da função pulmonar. Em um adulto humano médio, a freqüência respiratória média é de 12 respirações por minuto, com um volume corrente de .5 litros e uma ventilação por minuto de 6 litros por minuto, embora esses números variem de pessoa para pessoa. Bebês e crianças têm taxas respiratórias consideravelmente mais altas do que adultos.

Curva espirométrica: A frequência respiratória normal refere-se à inalação e exalação cíclicas do volume corrente (VT).

A frequência respiratória é controlada por processos involuntários do sistema nervoso autônomo. Em particular, os centros respiratórios da medula e os pons controlam a frequência respiratória global com base em uma variedade de estímulos químicos de dentro do corpo. O hipotálamo também pode influenciar a freqüência respiratória durante as respostas emocionais e de estresse.

Padrões respiratórios normais e alterados

Eupnéia é o termo para a freqüência respiratória normal de um indivíduo em repouso. Vários outros termos descrevem padrões respiratórios anormais que são indicativos de sintomas de muitas doenças, muitas das quais não são principalmente doenças respiratórias. Alguns dos termos mais comuns para padrões respiratórios alterados incluem:

  • Dipneia: comumente chamada de falta de ar. Descreve a diminuição drástica do volume corrente e, por vezes, o aumento da frequência respiratória, levando a uma sensação de falta de ar. É um sintoma comum de ataques de ansiedade, embolias pulmonares, ataques cardíacos e enfisema, entre outras coisas.
  • Hipernea: refere-se ao aumento do volume de ar pedalado para satisfazer as necessidades metabólicas do corpo, que pode ou não envolver uma mudança na frequência da respiração. É um sintoma de exercício e ajuste a alta altitude, que geralmente não são problemáticos, mas também pode ser visto naqueles com anemia ou choque séptico, que é problemático.
  • Tachypnea: descreve o aumento da frequência respiratória. Frequentemente um sintoma de envenenamento por monóxido de carbono ou pnuemonia.
  • Bradipneia: descreve diminuição da frequência respiratória. Frequentemente um sintoma de hipertensão, arrimias cardíacas, ou ritmo metabólico lento do hipotiroidismo.
  • Apneia: Paragem transitória da respiração que começa de novo pouco depois. É o principal sintoma da apneia do sono, em que a respiração pára temporariamente durante o sono.

Estes termos descrevem todos um padrão respiratório alterado através do aumento ou diminuição (ou paragem) do volume corrente ou da frequência respiratória. É importante distinguir estes termos de hiperventilação e hipoventilação, que se referem a anormalidades nas trocas gasosas alveolares (e portanto no pH do sangue) em vez de um padrão respiratório alterado, mas podem estar associados a um padrão respiratório alterado. Por exemplo, dispnéia ou taquipnéia freqüentemente ocorrem juntamente com a hiperventilação durante ataques de ansiedade, embora nem sempre.

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