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22.2: Respiração
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22.2: Breathing

22.2: Respiração

The process of breathing, inhaling and exhaling, involves the coordinated movement of the chest wall, the lungs, and the muscles that move them. Two muscle groups with important roles in breathing are the diaphragm, located directly below the lungs, and the intercostal muscles, which lie between the ribs. When the diaphragm contracts, it moves downward, increasing the volume of the thoracic cavity and creating more room for the lungs to expand. When the intercostal muscles contract, the ribs move upward and the rib cage expands, similarly expanding the thoracic cavity.

Each lung is surrounded by two membranes called plurae, which are separated by fluid. This fluid creates an adhesive force that causes the lungs to stretch as the thoracic cavity expands. The increased volume in the lungs reduces the pressure. When the pressure drops below atmospheric pressure, this produces a pressure gradient that moves air from the higher-pressure atmosphere into the lower-pressure lungs.

When the diaphragm and intercostal muscles relax, the volume of the lungs decreases, increasing the pressure in the lungs. As pressure increases beyond atmospheric pressure, the resulting pressure gradient pushes air out of the body. In this way, the cycle of inhaling and exhaling is maintained.

Pressure-Volume Relationship

Boyle’s law states that, at a given temperature in a closed space, the pressure of a gas increases as the volume of its container decreases. Stated differently, pressure is inversely proportional to the volume. This law, combined with the movement of gas from higher-pressure to lower-pressure areas, explains why air is brought into the lungs when the diaphragm contracts.

How Do Lungs Increase in Volume?

The diaphragm contracts, moving downward and increasing the thoracic volume, but how does this increase the volume of the lungs? While bronchi and bronchioles are stiff and do not expand (although they can become blocked or inflamed), alveoli, tiny air sacs in the lungs, allow the lungs to increase in volume.

Restrictive vs. Obstructive Diseases

Pulmonary diseases decrease the flow of gas to and from the lungs and can be divided into two categories: restrictive and obstructive. Restrictive diseases, such as pulmonary fibrosis (scarring of the lung), restrict the expansion of the lungs. Obstructive diseases, like asthma, emphysema, and chronic bronchitis, obstruct the airway, limiting gas exchange.

Surfactant

The inner surfaces of alveoli are lined with fluid that contains surfactant, a mixture of phospholipids and lipoproteins. Surfactant reduces the surface tension of the alveolar fluid, preventing alveoli from collapsing and making it easier for alveoli to inflate with air.

Premature babies sometimes do not produce enough surfactant in their lungs, causing respiratory distress syndrome (RDS). Without sufficient surfactant, it takes a lot of energy to keep the alveoli open and filling repeatedly with air, making it difficult for babies with RDS to breath.

O processo da respiração, inspiração e expiração, envolve o movimento coordenado da parede torácica, dos pulmões e dos músculos que os movem. Dois grupos musculares com papéis importantes na respiração são o diafragma, localizado diretamente abaixo dos pulmões, e os músculos intercostais, que ficam entre as costelas. Quando o diafragma se contrai, ele move-se para baixo, aumentando o volume da cavidade torácica e criando mais espaço para os pulmões se expandirem. Quando os músculos intercostais se contraem, as costelas movem-se para cima e a caixa torácica abre, expandindo assim a cavidade torácica.

Cada pulmão está rodeado por duas membranas chamadas pleuras, que são separadas por fluido. Este fluido cria uma força adesiva que faz com que os pulmões se estendam à medida que a cavidade torácica se expande. O aumento do volume nos pulmões reduz a pressão. Quando a pressão cai abaixo da pressão atmosférica, isso produz um gradiente de pressão que move o ar da atmosfera com maior pressão para os pulmões com menor pressão.

Quando o diafragma e os músculos intercostais relaxam, o volume dos pulmões diminui, aumentando a pressão nos pulmões. À medida que a pressão aumenta para além da pressão atmosférica, o gradiente de pressão resultante empurra o ar para fora do corpo. Assim, mantém-se o ciclo de inspiração e expiração.

Relação Pressão-Volume

A lei de Boyle diz que, a uma determinada temperatura em um espaço fechado, a pressão de um gás aumenta à medida que o volume do seu recipiente diminui. Dito de outra forma, a pressão é inversamente proporcional ao volume. Esta lei, combinada com o movimento do gás de áreas de maior pressão para áreas de menor pressão, explica por que o ar é trazido para os pulmões quando o diafragma se contrai.

Como os Pulmões Aumentam de Volume?

O diafragma contrai, movendo-se para baixo e aumentando o volume torácico, mas como é que isso aumenta o volume dos pulmões? Enquanto que os brônquios e bronquíolos são rígidos e não se expandem (embora possam ficar bloqueados ou inflamados), os alvéolos, pequenos sacos de ar nos pulmões, permitem que os pulmões aumentem de volume.

Doenças Restritivas vs. Obstrutivas

As doenças pulmonares diminuem o fluxo de gases de e para os pulmões e podem ser divididas em duas categorias: restritivas e obstrutivas. Doenças restritivas, como a fibrose pulmonar (cicatrização do pulmão), restringem a expansão dos pulmões. Doenças obstrutivas, como asma, enfisema e bronquite crónica, obstruem as vias aéreas, limitando a troca de gases.

Surfactante

As superfícies internas dos alvéolos são revestidas com fluido que contém surfactante, uma mistura de fosfolípidos e lipoproteínas. O surfactante reduz a tensão superficial do fluido alveolar, impedindo o colapso dos alvéolos e facilitando que os alvéolos se encham de ar.

Bebés prematuros às vezes não produzem surfactante suficiente nos seus pulmões, causando síndrome do desconforto respiratório (RDS). Sem surfactante suficiente, é preciso muita energia para manter os alvéolos abertos e enchê-los repetidamente com ar, dificultando a respiração de bebés com RDS.


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