Troca gasosa pulmonar e ventilação : modelos matemáticos para simulação e aprendizagem

Abstract

Este trabalho utilizou um modelo matemático-computacional para estudar a resposta do sistema respiratório humano em cinco cenários fisiológicos e patológicos simulados computacionalmente. Primeiramente, descreve-se a fisiologia básica da respiração. Em segundo lugar, apresenta-se a derivação de equações matemáticas para prever o transporte gasoso (em particular, do oxigênio) em regime permanente para um alvéolo, generalizadas em seguida para o pulmão como um todo. O modelo matemático é traduzido em scripts computacionais que resolvem simultaneamente as equações derivadas para todos os alvéolos e para o pulmão. Os cenários são simulados por meio da alteração de parâmetros no modelo e consistem em (1) um estudo da heterogeneidade do pulmão e (2) sua influência no metabolismo de oxigênio nos tecidos do corpo, (3) variações em altitude, (4) anemia e (5) exercício físico. Obtêm-se gráficos e tabelas que permitem a análise qualitativa e quantitativa da resposta fisiológica do pulmão, e são encontrados valores como o limite de fornecimento de oxigênio para o corpo suportado pelo pulmão, a máxima altitude que o corpo pode alcançar sem adaptação, a intensidade da resposta de ventilação e perfusão do pulmão ao exercício físico, o impacto da anemia na eficiência do transporte gasoso, entre outros. Encerra-se este trabalho sugerindo possibilidades de utilização do programa e metodologia apresentados para simulações mais complexas e condizentes com os reais mecanismos fisiológicos de controle da homeostase da respiração.