Mechanics of Breathing

Question 1

Qual é o músculo mais importante na inspiração?

O que é que acontece quando ele contrai?

Answer 1

Diafragma
CONTRAÇÃO:
1. vísceras abdominais são empurradas para baixo e as costelas vão com obliquidade ântero-superior
2. Volume intratorácico aumenta, o que causa com que o pressão baixe
3. Isto cria um gradiente que faz com que o ar entre (inspiração)

Question 2

Que outros músculos podem ser “recrutados” na inspiração forçada (i.e. exercício)?
Qual o efeito de exercício na frequência respiratória e no volume corrente?

Answer 2

Intercostais externos.

Ambos aumentam.

Question 3

Quais os músculos usados na expiração normal? O que é que acontece?

Answer 3

Expiração é um processo passivo então não recruta músculos.

O gradiente de pressão é reversível (entre os pulmões e a atmosfera) até chegar ao ponto de equilíbrio.

Question 4

Quais músculos são usados durante exercício/asma (doença em que resistência aumenta)?
O que é que eles fazem?

Answer 4

Músculos Abdominais - compressão da cavidade abdominal e empurra o diafragma para cima
Intercostais internos - costelas com movimento obliquidade póstero-inferior

Question 5

Defina compliance (complacência).
Indique a formula.

Answer 5

Distensibilidade do sistema (pulmões + parede torácica) & medição de como volume muda quando a pressão é alterada.
Análoga à capacitância do sistema cardiovascular
C = V/P

Question 6

Indique a relação entre compliance e elastância.

Qual a importância da quantidade de tecido elástico?

Answer 6

Inversamente correlacionada.
Mais tecido elástico, mais difícil de esticar, mais tendência para ‘snap back’ mas menor compliance.
pensar na analogia entre dois elásticos, um fino e outro grosso

Question 7

Defina pressão transmural e transpulmonar.

Transmural da via aérea

Answer 7

Pressão através de uma estrutura.
Diferença entre pressão intra-alveolar e intra-pleural. (Pia-Pip)
Pressão da via - pressão intrapleural

Question 8

Qual a relação entre pressão pulmonar e a pressão atmosférica?

Answer 8

Pressão pulmonar = pressão atmosférica : 0
Pressão pulmonar > pressão atmosférica : +
Pressão pulmonar < pressão atmosférica : -

Question 9

O que é o loop pressão-volume?

O que é o declive?

Answer 9

Sequência de inspiração seguida por expiração.

Compliance

Question 10

O que é a pressão expansiva (expanding)?

Answer 10

A pressão negativa que expande os pulmões.

Question 11

No loop pressão-volume, na inspiração, porque que é que a curva atinge um plateau?

Answer 11

Quando a pressão expansiva está no máximo é quando os alvéolos estão cheios. Consequentemente, os alvéolos ficam mais rígidos and menos compliant.

Question 12

O que é histerese?

O compliance é maior na expiração ou na inspiração, a uma dada pressão?

Answer 12

Os declives das curvas de inspiração e expiração são diferentes.
Expiração.

Question 13

Porque é que há histerese? Explique, em detalhe, ambas as curvas.

Answer 13

Depende da tensão superficial - as forças intermoleculares entre moléculas líquidas que revestem os pulmões são mais fortes que as forças entre as moléculas de líquido e ar.

CURVA INSPIRAÇÃO:

1. Volume pulmonar é baixo logo as moléculas líquidas estão juntas (o máximo que podem estar ao longo do ciclo) e as forças intermoleculares estão o mais forte.
2. É preciso quebrar estas forças -> surfactante
3. Surfactante entra no revestimento da camada líquida nos alvéolos e quebra estas forças intermoleculares para reduzir a tensão superficial.
4. Na parte inicial da curva, a área de superfície está a aumentar mais rapidamente que a produção de surfactante -> densidade de surfactante é baixa -> tensão superficial está alta -> compliance está baixa -> curva é mais plana
5. Inflação continua -> densidade de surfactante aumenta -> tensão superficial diminui -> compliance aumenta -> declive da curva aumenta

CURVA EXPIRAÇÃO:

1. Volume pulmonar alto logo as forças intermoleculares estão baixas e não é preciso quebrá-las.
2. No início da deflação, área de superfície diminui mais rapidamente do que o surfactante consegue ser removido -> densidade de surfactante é alta -> tensão superficial diminui -> aumenta compliance -> porção inicial da curva é plana
3. Deflação continua -> surfactante é removido -> densidade de surfactante constante -> compliance constante

Question 14

Como é que são as curvas quando usamos pulmões cheio de solução salina?

Answer 14

As curvas são iguais e não há histerese. Isto é porque a tensão superficial é eliminada.

Question 15

A pressão intrapleural negativa é criada pelo quê?

Answer 15

Pulmões -> têm tendência a colapsar
Parede torácica -> tem tendência a ‘spring out’
Quando estas duas forças opostas puxam no espaço intrapleural, um vácuo é criado (pressão negativa)
Também previne que os pulmões colapsem e que a parede torácica ‘spring out’

Question 16

Defina um pneumotórax.

Indique os efeito de um pneumotórax.

Answer 16

Quando um objeto afiado fura o espaço intrapleural e ar é introduzido no espaço.
Espaço intrapleural fica com pressão negativa (igual à pressão atmosférica).
Os pulmões colapsam e a parede torácica ‘springs out’

Question 17

Explique o gráfico de complacência dos pulmões e parede torácica (junto e separado) quando:

1. Volume é CRF
2. Volume é menor que CRF
3. Volume é maior que CRF

Answer 17

1. Sistema está em equilíbrio e a pressão da via aérea é igual à pressão atmosférica. Aqui, os pulmões querem colapsar e a parede torácica quer expandir mas como está em equilíbrio, as forças são iguais logo não há uma tendência.
2. Há menos volume nos pulmões e a força elástica (colapsar) dos pulmões é menor e a força expansiva da parede torácica é maior. Logo há uma tendência para expandir. Lembrar que a pressão é negativa e a tendência é para que o ar entre (expansão)
3. Há mais volume nos pulmões e a força elástica é maior e a força expansiva é menor. Logo há tendência para colapsar. Lembrar que a pressão está positiva então o ar quer sair.
   - > nos volumes mais altos, ambos os pulmões e a parede torácica querem colapsar (a curva atravessa o eixo vertical e entra na zona de colapso)

Question 18

Efeito de enfisema no compliance.

Answer 18

Redução de fibras elásticas -> aumento de compliance (relação inversa) -> aumento de declive para o compliance dos pulmões.
Ao CRF original, menor tendência de colapsar logo é preciso aumentar o volume para que volte a um novo equilíbrio. Novo CRF é mais alto.

Question 19

Efeito de fibrose no compliance.

Answer 19

Associada ao enrijecimento do tecido pulmonar -> compliance diminui -> declive do compliance dos pulmões diminui.

Tendência dos pulmões colapsarem é maior e é preciso encontrar um novo equilíbrio -> CRF diminui

Question 20

A tensão superficial dos alvéolos resulta de quê?

Answer 20

Resulta das forças de atração entre as moléculas de líquido que revestem internamente os alvéolos. A tensão superficial cria uma pressão que tende colapsar o alvéolo.

Question 21

Indique a formula de Laplace.
Qual a relação entre a pressão e o raio?
Qual o efeito na pressão se o raio for maior ou menor?

Answer 21

2T
P = ——
           r
T = tensão superficial
r = raio do alvéolo
P = pressão necessário para manter alvéolo aberto/pressão colapsante do alvéolo

Inversa

• Raio grande: pressão colapsante baixa logo pouca pressão seria necessária para manter o alvéolo aberto.
• Raio pequeno: pressão colapsante alta logo muita pressão será necessária para manter o alvéolo aberto.

Question 22

Qual é o efeito de surfactante?

Consequência num alvéolo pequeno com e sem surfactante.

Answer 22

Reduz a pressão colapsante por reduzindo a tensão superficial (lembrar da formula de Laplace em que são proporcionais).
Alvéolo pequeno colapsa sem surfactante mas mantêm-se aberto com surfactante.

Question 23

Surfactante é sintetizado por qual célula?

Answer 23

Pneumócitos tipo II

Question 24

Qual o constituinte principal de surfactante? Como é que funciona?

Answer 24

dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC)
A molécula é anfipática: as partes hidrofóbicas atraem-se e as hidrofílicas repelem-se. As forças intermoleculares entre as moléculas de DPPC quebram as forças de atração entre as moléculas líquidas nos alvéolos.

Question 25

Qual é outra vantagem do surfactante?

Answer 25

Aumenta a compliance dos pulmões, que consequentemente diminui o trabalho dos pulmões de expandir.

Question 26

Síndrome do desconforto respiratório neonatal:
Causa
Idade
Consequência

Answer 26

Falta de surfactante
24-35 semanas gestacionais
A tensão superficial dos alvéolos pequenos é alta -> pressão colapsante alta -> colapsam -> não são ventilados -> não participam na troca de gases -> hipoxemia
Compliance diminui e trabalho aumenta

Question 27

Defina hipoxemia

Answer 27

Baixo nível de oxigênio no sangue.

Question 28

Indique a formula de air flow e as relações

Answer 28

diferença P
Q=—————
R

Q -> air flow
P -> pressão
R -> resistência da via aérea

Fluxo de ar é diretamente proporcional à diferença de pressão e inversamente proporcional à resistência da via

Question 29

Indique a formula de resistência da via aérea (Poiseuille law) e uma relação importante

Answer 29

8nl
R = ———
Pi x r^4

n = viscosidade de ar inspirado
l = comprimento da via
r = raio

R aumenta por 2 e r diminui por 16 (fourth-power dependence)

Question 30

Que brônquios/bronquíolos têm mais resistência:
A) grandes
B) médios
C) pequenos

Answer 30

Médios

Question 31

Porque é que os brônquios pequenos não são os com mais resistência?

Answer 31

Porque eles estão arranjados em paralelo -> a resistência coletiva é menor do que a resistência individual.

Question 32

O músculo liso nas paredes das vias condutoras são inervadas por que tipo de fibras?

Answer 32

Autonómicas:

• Parassimpáticas colinérgicas
• Simpáticas adrenérgicas

Question 33

Descreva o efeito da estimulação parassimpática.

Indique os agentes para os recetores & exemplos.

Answer 33

Diminuição do diâmetro/raio -> aumento de resistência -> constrição
Agentes agonistas muscárinicos estimulam: muscarina & carbachol
Agentes antagonistas muscarínicos bloqueiam: atropina

Question 34

Descreva o efeito da estimulação simpática.

Indique os agentes para os recetores e exemplos.

Answer 34

Aumento no diâmetro/raio -> diminuição na resistência -> relaxamento
Recetores B2 agonistas: epinefrina, isoproterenol, albuterol.

Question 35

Qual o efeito de volume pulmonar na resistência? Explique.

Answer 35

Aumento de volume pulmonar -> diminuição de resistência da via.
Quando os alvéolos estão mais cheios (volume pulmonar alto), eles puxam nos alvéolos e bronquíolos próximos, forçando que os alvéolos abram, diminuído resistência

Question 36

Quais são as três fases dum ciclo respiratório?

Answer 36

1. Repouso
2. Inspiração
3. Expiração

Question 37

Período de Repouso:

• Posição do diafragma
• Pressão alveolar e consequência
• Pressão intrapleural
• Pressão transmural e consequência
• Volume pulmonar

Answer 37

Diafragma está em posição de equilíbrio
Pressão alveolar = pressão atmosférica -> pressão alveolar = 0 -> não há movimento de ar
Pressão intrapleural = -5 cmH2O (negativo devido às forças opostas)
Pressão transmural = +5cmH2O -> estruturas mantêm-se abertas
Volume = CRF (equilíbrio)

Question 38

Período de Inspiração:

• Posição do diafragma e efeitos
• Pressão alveolar e consequência
• Pressão intrapleural e 2 razões
• Pressão transmural
• Volume pulmonar

Answer 38

Diafragma contrai -> volume pulmonar aumenta -> pressão diminui -> ar entra
Pressão diminui para -1 a meio da inspiração -> ar entra -> pressão alveolar iguala pressão atmosférica -> pressão alveolar = 0 -> ar cessa de entrar
Pressão intrapleural fica mais negativa:
1. Volume aumenta e elastic recoil aumenta -> maior força a puxar o espaço intrapleural
2. Pressões alveolares e da via aérea estão mais negativas
Pressão transmural fica mais negativa
Volume pulmonar = CRF + VC

Question 39

Período de Expiração:

• Posição do diafragma
• Pressão alveolar e razão & consequência
• Volume pulmonar

Answer 39

Diafragma relaxa
Pressão alveolar > pressão atmosférica -> pressão alveolar = +1 porque força elástica dos pulmões comprimem o volume -> ar sai
Volume = CRF no fim da expiração (VC é expirado)

Question 40

Período de Expiração Forçada numa pessoa normal

• Processo passivo?
• Pressão aérea
• Pressão pulmonar
• Pressão intrapleural
• Colapsar?

Answer 40

Não é um processo passivo -> músculos expiratórios são usados -> pressões dos pulmões & vias aéreas mais positivas
Pressão aérea = 25 cmH2O
Pressão pulmonar = 35 cmH2O
Pressão intrapleural agora é positiva -> 20 cm H2O
Os pulmões e as vias não colapsam porque a pressão transmural é positiva
A expiração forçada é rápida porque o gradiente de pressão é maior que normal

Question 41

Período de Expiração Forçada numa pessoa com enfisema

• Característica da doença
• Pressão intrapleural
• Pressão alveolar & via aérea
• Pressão transmural

Answer 41

Redução de fibras elásticas -> aumento de compliance
Pressão intrapleural = pressão intrapleural numa pessoa normal numa expiração forçada porque a doença não afeta o espaço mas os pulmões em si. (=20 cm H2O)
Redução de fibras elásticas -> diminuição do elastic recoil -> pressão alveolar & da via aérea são menores do que numa pessoa normal
-Pressão alveolar = 25 cmH2O
-Pressão via aérea = 15 cmH2O
Pressão transmural da via aérea grande torna-se negativa -> colapsa -> tem de expirar devagar e com lábios franzidos