Mecânica Respiratória

Prof. Ezequiel Rubinstein

Esqueleto do tórax

A caixa torácica está constituída pelo esterno, situado anteriormente no plano mediano, pelas vértebras torácicas situadas no plano mediano dorsal e pelas costelas e cartilagens costais situadas nos contornos posterior, lateral e anterior do tórax.

Embora as vértebras T1, T9, T10, T11 e T12 possam apresentar alguns acidentes que as distinguem das demais vértebras torácicas, estas diferenças não são de grande importância. As principais características próprias das vértebras torácicas são:

elas articulam-se com as costelas tanto através do corpo quanto através do processo transverso. Para isto, o corpo apresenta uma fóvea costal superior, oval , situada na emergência do pedículo, e pode apresentar uma fóvea costal inferior, pois a cabeça da costela pode ultrapassar o corpo vertebral da vértebra subjacente e alcançar o suprajacente. Por sua vez, o processo transverso apresenta a fóvea costal transversa para articular-se com o tubérculo da costela.

os processos espinhosos são muito inclinados em relação ao plano do corpo da vértebra.

os corpos vertebrais têm um volume intermediário entre o das vértebras cervicais e o das lombares  

 as facetas articulares situam-se principalmente num plano frontal

O esterno é uma longa e estreita placa óssea mediana na parede anterior do tórax. Dá inserção anterior às costelas através das cartilagens costais, permitindo uma flexibilidade que resulta em alterações dimensionais do tórax, necessárias à respiração. Possui três partes: manúbrio, corpo e processo xifóide. O manúbrio constitui a parte superior do esterno e se une ao corpo do osso no chamado ângulo esternal, que é uma crista transversa saliente, facilmente palpável e ponto de referência importante, pois marca o ponto de junção do esterno com a segunda costela (através da cartilagem costal) e, assim, permite a contagem das costelas in vivo. Além do mais, o ângulo esternal corresponde ao ponto mais elevado do arco aórtico e também à bifurcação da traquéia nos brônquios principais. A denominação vem do fato de que o manúbrio forma com o corpo do esterno uma angulação que é visível numa vista lateral. Os principais acidentes do esterno são:

a incisura jugular, côncava, na borda superior do manúbrio

a incisura clavicular, de cada lado da incisura jugular, escavada para receber a extremidade medial da clavícula

logo abaixo da incisura clavicular o manúbrio apresenta outra incisura na sua borda lateral para receber a cartilagem da primeira costela

corpo do esterno varia de largura, afilando-se inferiormente

as bordas laterais do corpo do esterno são endentadas para articulação com as cartilagens das 2ª a 7ª costelas, enquanto as 8ª, 9ª e 10ª costelas têm cartilagens que se unem sucessivamente e, em conjunto, se unem à 7ª, pela qual chegam indiretamente ao esterno

processo xifóide, rudimentar, é a parte mais inferior do esterno

As costelas e cartilagens costais são fitas ósseas arqueadas, estendendo-se de suas junções com a coluna vertebral à porção anterior da parede do tórax. As sete superiores são ditas costelas verdadeiras, por se articularem com o esterno através de suas cartilagens. As 8ª, 9ª e 10ªcostelas são denominadas falsas por se fixarem ao esterno só indiretamente, unindo-se suas cartilagens umas às outras e finalmente, à sétima. Forma-se assim a borda ou margem costal, que marca o limite inferior da caixa torácica anteriormente. As margens costais convergentes formam o ângulo infra-esternal (ou subcostal) que varia com o biótipo, sendo muito agudo nos longilíneos e obtusos nos brevilíneos. As 11ª e 12ª costelas, denominadas flutuantes, são curtas, rudimentares, terminam entre os músculos da parede ântero-lateral do abdome e não possuem cartilagens.

Com exceção das 1ª, 11ª e 12ªcostelas, as outras podem ser consideradas costelas típicas, embora a 8ª, a 9ª e a 10ª seja mais curtas e contribuam para formar a borda ou margem costal. Sua cabeça, globosa, posterior, articula-se com a coluna vertebral (fóveas costais do corpo da vértebra), o colo segue a cabeça, inclinando-se póstero-lateralmente rumo ao processo transverso de sua vértebra, com o qual se articula por meio do tubérculo costal. Ao tubérculo segue-se lateralmente, o corpo da costela, liso. No ângulo da costela o osso muda de direção bruscamente, inclinando-se inferiormente enquanto se curva lateralmente e, depois, anteriormente, acompanhando a superfície da parede torácica. No seu extremo anterior dá-se a junção costocondral, com as cartilagens que, direta ou indiretamente, se articulam com o esterno. Entre o ângulo da costela e o processo espinhoso fica um espaço escavado, limitado, medialmente, pelo processo espinhoso e, anteriormente, pelo processo transverso da vértebra e parte do corpo da costela até atingir o ângulo costal. Este espaço é preenchido por músculos que formam duas grandes massas elevadas, laterais à coluna vertebral. Este verdadeiro coxim muscular deixa, entre as suas partes mediais, um sulco mediano, no fundo do qual estão os processos espinhosos das vértebras. Esta particular disposição permite que o indivíduo possa acomodar-se em decúbito dorsal (de costas) de maneira confortável.

Costelas atípicas são a primeira , a décima primeira e a décima segunda costelas

A primeira costela é a mais curta das costelas verdadeiras. Descreve arco fechado e limita a abertura superior do tórax. É mais larga do que as outras, e é plana, situando-se sob a clavícula anteriormente, o que dificulta sua palpação. A artéria e veia subclávia sulcam sua face superior.

As 11ª e 12ª costelas são rudimentares e terminam entre músculos da parede abdominal em pontas cartilaginosas rombas.

Tecidos moles da parede torácica

A pele do tórax ântero-lateralmente apresenta um duplo comportamento: medianamente é mais ou menos espessa e móvel, sendo abundante em glândulas sebáceas. No adulto do sexo masculino mostra vários graus de pilosidade. Lateralmente é delgada, flexível, pouco aderida aos planos subjacentes e, de modo geral, glabra. No dorso é espessa, mobilizável lateralmente e fixa medianamente. A tela subcutânea ântero-lateral é pouco desenvolvida, escassa em tecido adiposo e une a pele aos planos subjacentes, em especial medianamente. Ao nível da região peitoral, há acúmulo de tecido adiposo formando a maior parte do corpo mamário. No dorso é densa medianamente e mais frouxa lateralmente

Os músculos do tórax que vão ser descritos a seguir são somente aqueles que agem sobre as costelas.

Os mm. intercostais externos se estendem, em cada espaço intercostal, do ângulo do tubérculo costal à junção costocondral, formando a camada externa da musculatura torácica. As fibras têm uma direção oblíqua, inferior e anterior, prendendo-se na borda inferior da costela e na borda superior da costela subjacente. Os sete músculos mais inferiores estão em íntima conexão com o m. oblíquo externo, da parede do abdome. Ao nível da junção costocondral, o restante do espaço intercostal é recoberto pela membrana intercostal externa, que recobre fibras do m. intercostal interno.

Os mm. intercostais internos constituem a camada média e se estendem da extremidade medial dos espaços intercostais até o ângulo da costela. Suas fibras têm direção oposta à dos intercostais externos, isto é, são oblíquas, dirigindo-se inferior e posteriormente. Prendem-se na borda inferior das costelas e cartilagens costais e na borda superior das costelas e cartilagens costais subjacentes. Ao nível dos ângulos das costelas eles dão lugar à membrana intercostal interna.

O m. intercostal íntimo é, na verdade, a parte mais interna, do m. intercostal interno correspondente. Entre esta parte e o restante do músculo passam os vasos e o nervo intercostais, o que tem sido invocado como justificativa para se considerar o intercostal íntimo como um músculo separado. O feixe vasculonervoso que corre em toda extensão do espaço intercostal está constituído pela veia, artéria e nervo intercostais, nesta ordem, no sentido crânio-caudal. O nervo supre os mm. intercostais.

Além dos mm. intercostais íntimos pertencem à camada interna os mm. subcostais e o m. transverso do tórax. Estes são visíveis apenas após a abertura do tórax, quando a face interna da parede torácica pode ser examinada.

Os mm. subcostais são variáveis em número e mais desenvolvidos nas porções inferiores do tórax. Situam-se nas proximidades dos ângulos das costelas e originam-se nas bordas inferiores das costelas, indo se inserir nas bordas superiores da 2ª ou 3ª costelas subjacentes. Provavelmente levantam às costelas.

O mm. transverso do tórax, também conhecido como esternocostal, origina-se por cintas aponeuróticas da face posterior do processo xifóide e do corpo do esterno, na altura da 3ª cartilagem costal. Sua ação não está esclarecida.

Outros músculos agem, também, sobre as costelas. Os mm. levantadores das costelas, que têm origem nos processos transversos e prendem-se nas costelas subjacentes e que pertencem a camada profunda dos mm. pós-vertebrais profundos, apesar do nome, têm suas ações pouco conhecidas e mal estudadas, supondo-se que os movimentos realizados por eles são de pequena amplitude e talvez envolvidos principalmente com a manutenção do alinhamento de vértebras adjacentes. Os músculos serráteis posteriores, pertencentes à camada média dos músculos pós-vertebrais, são dois músculos delgados, parcialmente membranosos e de pouca significação. O serrátil póstero-superior, coberto pelo m. rombóide, estende-se do ligamento da nuca e dos processos espinhosos da 7ª vértebra cervical e de várias vértebras torácicas superiores até as costelas (2ª a 5ª). O músculo serrátil póstero-inferior, coberto pelo grande dorsal, estende-se dos processos espinhosos das vértebras torácicas inferiores para as quatro costelas inferiores. Sua ação é insignificante e estão ausentes com certa freqüência. Referência deve ser feita também ao m. quadrado lombar. Embora faça parte da parede posterior do abdome, insere-se nos processos transversos de L1 a L4 e na última costela. Sua ação mais importante é a de fixar a costela em posição, antagonizando a tração superior exercida sobre ela pelo m. diafragma durante a inspiração.

Junturas e movimentos da caixa torácica

As articulações do tórax compreendem as que se fazem entre as costelas e as vértebras, entre as costelas e as cartilagens costais, entre o esterno e as cartilagens costais e entre as partes do esterno.

As articulações esternocondrais, entre as cartilagens costais e as endentações na borda lateral do esterno apresentam variações com relação à presença ou não de uma cavidade articular. Na articulação da 1ª costela, a cartilagem costal está firmemente fixada ao manúbrio, formando portanto uma juntura cartilaginosa. Da 2ª à 7ª costelas as junturas são sinoviais. Contudo, existem muitas variações, podendo até a cavidade articular desaparecer, tal a quantidade de fibrocartilagem presente nestes casos.

Cada uma das cartilagens costais, da 5ª à 8ª e algumas vezes a 9ª, articula-se com a cartilagem imediatamente inferior, logo que estas se curvam em direção ascendente, medial e anteriormente, formando as articulações intercondrais. São pequenas articulações sinoviais e cada uma é envolta por uma cápsula articular.

Das junturas do esterno, a articulação manúbrio-esternal é exemplo de juntura cartilaginosa, do tipo sincondrose, sendo que a compressibilidade da matriz cartilaginosa a torna resistente e flexível, enquanto a articulação xifo-esternal, também é cartilaginosa, mas já no adulto jovem começa a ossificar-se.

A maioria das costelas se articula com a coluna vertebral em dois pontos: a articulação costo-vertebral, entre a cabeça da costela e as fóveas costais superior e inferior dos corpos de duas vértebras adjacentes e a articulação costotransversal, entre o tubérculo da costela e a fóvea costal transversal do processo transverso da vértebra correspondente.

Na articulação costovertebral, sinovial, envolvida pela cápsula articular, a cavidade articular é dividida em duas, superior e inferior, pela presença de um ligamento intra-articular, curto, situado horizontalmente, que vai da cabeça da costela para o disco intervertebral. A cápsula articular está reforçada anteriormente, pelo ligamento radiado.

A articulação costotransversal, também sinovial, é revestida por uma cápsula articular que é espessa, inferiormente, mas delgada nas outras porções. Os ligamentos costotransversais próprio, lateral e superior reforçam a articulação.

A forma das superfícies articulares do tubérculo e do processo transverso determina o movimento que a costela pode realizar. Assim, as facetas articulares da 1ª à 6ª costelas acomodam-se em fóveas caliciformes e profundas nos processos transversos, o que obriga o tubérculo a girar em torno do eixo que une as articulações costovertebral e costotransversal e descrever uma rotação de sentido inferior, a qual, devido à obliqüidade crânio-caudal da costela,  eleva a sua extremidade anterior. Este movimento é conhecido como “braço de bomba” e aumenta o diâmetro ântero-posterior do tórax.

Já da 7ª à 10ªcostelas (as 11ª e 12ª costelas não possuem tubérculo e, portanto, não têm articulações costotransversais) as facetas articulares destas e dos respectivos processos transversos são planas, o que leva o tubérculo costal a se deslocar superior e inferiormente sobre o processo transverso, ao longo de um eixo que vai da articulação costovertebral à articulação esternocondral ou intercondral. Este movimento, associado à obliqüidade das costelas, faz com todo o arco costal se mova lateralmente, aumentando assim o diâmetro látero-lateral do tórax e é tradicionalmente conhecido como “alça de balde”, por lembrar o movimento de uma alça de balde em torno de suas dobradiças.

Enquanto estes movimentos provocam aumentos ântero-posteriores e látero-laterais, a contração do diafragma, retificando suas cúpulas e deslocando-o no sentido da cavidade abdominal, aumenta o diâmetro longitudinal do tórax.  Este é o principal aumento dos diâmetros torácicos, sendo que a inspiração tranqüila é feita basicamente as custas do diafragma. Do nascimento aos sete anos de vida as costelas vão progressivamente adquirindo sua obliqüidade, de tal forma que dentro deste período de vida, a inspiração, tranqüila ou não, depende quase exclusivamente dos movimentos do m. diafragma.

Quando cessa a contração dos músculos que elevam as costelas e a do diafragma, termina a inspiração. Segue-se então a expiração, por ascensão do diafragma e retração elástica da parede torácica e dos pulmões. A expiração é, assim, um fenômeno passivo. No entanto, na expiração forçada, os intercostais se contraem, embora seja mais importante a ação dos músculos da parede abdominal. Do mesmo modo, na inspiração forçada, músculos acessórios podem estar ativos como os escalenos e os esternocleidomastóideos.

Existem diversas opiniões com relação a participação dos músculos intercostais nos movimentos das costelas. A posição dos intercostais externos sugere que eles elevam as costelas, enquanto que os intercostais internos as abaixam. Contudo, parece que estas não seriam suas ações mais importantes. Os intercostais externos e internos teriam função estabilizadora, transmitindo, durante a inspiração, uma tração regular de costela a costela, evitando assim o colapso dos espaços intercostais. Durante a expiração, quando a pressão intratorácica vai subindo, a musculatura costal evitaria o abaulamento dos tecidos intercostais. Os mm. escalenos e esternocleidomastóideos por sua ação de elevar a porção mais superior do tórax, também parecem ser mais importantes do que afirma a descrição tradicional. Por outro lado, parece certo que a ação de vários músculos que se inserem nas costelas, durante a respiração, é desprezível.

Pleura e cavidade pleural

Na cavidade torácica os pulmões estão envolvidos por um saco seroso de dupla parede, a pleura, que apresenta dois folhetos em continuidade: a pleura parietal e a pleura visceral ou pulmonar

A pleura parietal reveste a parede torácica e o diafragma, aos quais está ligada por uma lâmina de tecido conjuntivo, a fáscia endotorácica. A pleura parietal é dividida em várias partes: pleura costal, relacionada à parede torácica; pleura diafragmática, relacionada com o diafragma; pleura mediastinal, que limita o mediastino; e pleura cervical, relacionada com o ápice do pulmão.

A pleura visceral reveste o pulmão, está em continuidade com a pleura parietal nas linhas de reflexão desta e penetra nas fissuras pulmonares. O espaço entre a pleura parietal e pleura pulmonar é denominado cavidade pleural: trata-se de um espaço virtual contendo uma camada líquida de espessura capilar, suficiente para umedecer as superfícies pleurais que entram em contato e que podem deslizar uma sobre a outra sem atrito.

Os pulmões não se estendem até os limites da cavidade pleural e, nestes pontos, ela forma os recessos pleurais, que são locais onde a pleura parietal está mais afastada da pleura visceral. Assim, a pleura costal se encontra com a pleura diafragmática formando o recesso costodiafragmático, enquanto a pleura mediastinal se encontra com a pleura costal tanto anterior quanto posteriormente ao mediastino, formando o recesso costomediastinal, anteriormente e o recesso retro-esofágico, posteriormente.

Mecânica Respiratória

A essência dos fenômenos que permitem tanto a expansão pulmonar e conseqüente entrada de ar nos pulmões como também a retração e a saída de ar está nas alterações do equilíbrio das forças que atuam na parede torácica e nos pulmões.

Estas forças são em número de quatro:

a pressão atmosférica (PA) que tente a impedir a expansão das paredes torácicas

a pressão intra-alveolar (PI) a qual, devido a sua conexão com o meio externo é igual a pressão atmosférica quando as vias aéreas estão abertas e não há fluxo de ar entrando ou saindo do pulmão. Ela tende a distender os pulmões

a elasticidade do tórax (ET), decorrente da estrutura da parede e que tende a expandir o tórax

a elasticidade pulmonar (EP), decorrente da riqueza pulmonar em fibras elásticas e que tende a retrair o pulmão

Com as vias aéreas abertas e sem fluxo de ar entrando e saindo dos pulmões, estas forças estão em equilíbrio, de tal forma que elas se anulam. O equilíbrio é alterado a favor da expansão do tórax mediante as contrações dos músculos da parede torácica o que aumenta os diâmetros desta. Rompido o equilíbrio das forças, o pulmão se distende e o ar é inspirado. A distensão dos pulmões estira suas fibras elásticas, que vão acumulando energia potencial.

Cessadas as contrações musculares esta energia acumulada nas fibras elásticas rompe o sistema de forças a favor da retração pulmonar e o ar é expirado.

Muito tem sido afirmado sobre o papel da tensão superficial do líquido contido na cavidade pleural em manter unidos os folhetos pleurais, mas, na realidade, a tensão superficial não tem papel significativo na mecânica respiratória. Aliás, esta força intrapleural tende mais a separar que a unir as pleuras e é devida as forças supra-citadas que tendem a retrair ou distender os pulmões e a parede torácica. Seu valor é quase sempre abaixo da pressão atmosférica e é referido muitas vezes de forma errônea como pressão negativa.

A inspiração é um trabalho ativo, por envolver trabalho muscular e conseqüentemente gasto energético e a expiração (não forçada) é passiva, sem gasto energético, pois é decorrente da retração das fibras elásticas pulmonares.

Somente a expiração forçada envolve trabalho ativo pois para ela ocorrer contribuem vários músculos, em especial os abdominais.

Qualquer fator que altere o equilíbrio das forças ocasiona um distúrbio respiratório. Assim, uma lesão que perfure a parede do tórax e portanto a pleura parietal faz com que o ar entre na cavidade pleural e, em conseqüência, a pressão atmosférica passe a atuar diretamente sobre a pleura visceral e o pulmão, anulando a pressão intra-alveolar e fazendo predominar a elasticidade pulmonar. Em decorrência destes fatos, o pulmão irá se retrair, colabando-se. Este fenômeno recebe o nome de pneumotórax.

Um raciocínio similar permite compreender não só os pneumotórax que ocorrem por ruptura da pleura visceral sem lesão parietal, como também os colabamentos pulmonares devido a presença de líquidos (sangue, secreção purulenta, etc) na cavidade pleural, como ocorre em várias patologias ou em traumatismos torácicos.

No caso da presença de líquidos na cavidade pleura, o colabamento pulmonar será proporcional a quantidade de líquido presente, o qual, em decorrência da ação gravitacional, primeiro irá acumular nos pontos mais baixos da cavidade pleural.