Design Inconsequente II

O raciocínio desenvolvido no início do post, as figuras e a concepção geral foram retiradas do sensacional artigo de John West.

Suponha que alguém peça a você que projete um dispositivo para resfriar algo, como um radiador de carro por exemplo. Um projeto poderia ser um tipo de uma bomba que fizesse circular um fluido resfriante, como a água, através de uma grelha com pequenos tubos. O ar quente que viesse do motor poderia ser empurrado através dessa grelha por um ventilador, resfriando, desta forma, o motor aquecido do veículo. Que beleza! Acabamos de inventar o projeto de radiador mais utilizado, com algumas sofisticações, até hoje na indústria automobilística.

Mas poderíamos escolher um outro projeto. Por exemplo, um no qual os pequenos tubos contendo o líquido resfriante estivessem inseridos em foles de forma que estes últimos pudessem ser inflados e desinflados. O ar nos foles seria aquecido e então expelido, resfriando o motor. Poderíamos até pensar num projeto no qual os pequenos tubos fossem eles mesmos, as paredes do fole! Sim, é um sistema complicado e propenso a problemas principalmente devido ao fato de os pequenos tubos constituirem mesmo o fole. Imagine! Ninguém faria um fole tão delicado. Um projeto assim provavelmente não teria custo-efetividade. Seria arriscado, para dizer o mínimo. Talvez até inconsequente…

West Lung Design copyDesafortunadamente, esse foi o projeto escolhido na licitação de nossos pulmões! O radiador pode ser encarado, grosso modo, como um trocador de gases, a exemplo dos pulmões. Ele troca ar quente por ar frio. No pulmão o que ocorre é uma troca de gás carbônico por oxigênio. É, portanto, um radiador no qual os pequenos tubos constituem o fole de forma bastante perigosa. Bom, mas deu certo, argumentariam alguns. Teríamos alguma outra alternativa que pudesse respirar ar melhor do que a escolhida? Lamento informar que, do ponto de vista médico – é sempre bom frisar – a resposta é: Sim. E bem melhor! Se não vejamos.

A figura ao lado, foi retirada do artigo de John West citado acima. Ela mostra os aspectos principais dos dois sistemas respiratórios em questão aqui. As duas alternativas evolutivas foram o pulmão broncoalveolar dos mamíferos e os sacos aéreos/parabrônquios das aves. Interessante que nos répteis temos misturas dos dois. Os crocodilianos têm um pulmão parecido com o dos mamíferos porém com espaços maiores. O das cobras lembram os dos pássaros.

Aqui devemos definir alguns termos antes de prosseguir. Existe uma diferença entre a respiração e a ventilação. A respiração é um processo bioquímico redução onde ocorre a quebra de moléculas complexas por meio da oxidação. A ventilação é um processo biofísico no qual o ar alveolar é trocado por ar fresco através da ação de músculos especializados. Após isso, ocorre a troca gasosa ou hematose, onde o gás carbônico do sangue venoso é retirado e eliminado e o oxigênio do ar alveolar é incorporado ao sangue. O transporte de oxigênio às células é chamado de “transporte de oxigênio”. Não respiração, como a Wikipedia insiste em português e inglês!

Qual a grande “sacada” do sistema respiratório das aves? O local onde ocorre a ventilação

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(troca do ar “velho” pelo ar fresco) é separado do local onde ocorre a troca gasosa. Nos mamíferos e no homem, isso tudo é feito no alvéolo pulmonar. A figura ao lado (retirada daqui) mostra uma sequência de movimentos respiratórios em um esquema bem simplificado de pulmão de ave.

Numa primeira inspiração, o ar não se dirige diretamente aos parabrônquios (em vermelho na figura). Vai em direção caudal e preenche o saco aéreo posterior. Apenas uma pequena parte chega aos parabrônquios.

Somente quando a ave expira, o ar do saco alveolar atinge a área de troca gasosa. Durante uma segunda inspiração, o ar que estava em vermelho nos parabrônquios, se dirige ao saco aéreo anterior (agora em azul) e, após a segunda expiração é, finalmente expelido.

Há duas referências imperdíveis para quem quer se aprofundar no assunto. A primeira é esse site. No final da página há uma animação que descreve esse processo de forma muito elegante. A segunda é o Pharyngula que faz a comparação com os pulmões dos dinossauros. Bem interessante.

Bem, mas faltou explicar porque esse processo é uma “grande sacada”. Os dois sistemas foram capazes de fornecer quantidades suficientes de suprimentos a animais de grande consumo energético. Entretanto, o pulmão dos mamíferos cria uma série de vulnerabilidades que o expõem a processos de malfucionamento, também conhecidos como doenças.

A mais comum e principal delas é que o pulmão dos mamíferos, exatamente por ter o “fole” associado à área de troca é uma estrutura delicada e pode murchar. O pulmão das aves não murcha. Qual é o problema disso? Bem, isso fica para o último post da série.

Discussão - 6 comentários

  1. André Souza disse:

    Algum engenheiro mecânico lê este blog?
    Não sei por quê, a comparação entre as aves e os mamíferos me lembrou a comparação ente motores de 4 tempos e ciclo Diesel (2 tempos)

  2. Karl disse:

    A ventilação das aves seria em 4 tempos? É, lembra mesmo. Os motores de 4 tempos são superiores aos de 2 tempos, não? Obrigado pelo comentário, André. Benvindo ao Ecce Medicus.

  3. André Souza disse:

    Karl,
    Quanto a motores, acho q depende da aplicação. Se não estou enganado, os de 4 tempos consomem menos combustível, mas o de 2 tempo possui mais torque (por isso seria mais aplicado em maquinaria pesada)…Mas como não sou especialista em mecânica…

  4. Fred disse:

    O de 4 tempos queima o uma quantidade x de combustível em 4 passios do pistão (2 voltas no eixo da manivela), já o de 2 tempos usa essa mesma quantidade de combustível para realizar apenas 2 passeios do pistão(realmente é mais potente).
    Generalizando, o de 4 tempos é mais eficiente.

  5. Rudolf disse:

    Sou engenheiro mecânico e trabalho com biomecânica, especificamente de alvéolos. Pelo que me lembro da aula de motores de combustão interna, as únicas vantagens do motor de 2 tempos são custo e tamanho (potência/m³). Por isso são utilizados em motos baratas e equipamentos do tipo motoserra e brinquedos. Além disso o motor de 2 tempos é muito mais poluente. De mais não sei muito, não gosto de motores, gosto de biocoisas.
    Acredito que é um exagero fazer essa analogia de motores com pulmões. Pulmões são trocadores de massa. Não há comparação lógica (diga-se analogia) entre troca de gases e combustão. São fenômenos completamente distintos. Os parâmetros mais sensíveis da combustão são pressão, temperatura, relação ar/combustível e a dinâmica da explosão na câmara de combustão, enquanto os parâmetros sensíveis da troca de massa são área superficial, espessura da parede que separa os meios, pressão parcial dos gases nos dois meios (sangue e ar) e a permeabilidade da membrana.

  6. […] (aliás, o conjunto todo da Scitable é muito bom!), achei que tinha a ligação perfeita para uma sequência de posts do Ecce Medicus comparando o sistema respiratório de aves com o de humanos que venho usando em minhas […]

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