Apostila Medicina Aeroespacial 2015 (2).pdf

PREFÁCIO O Ser Humano, por ser inteligente e inquieto, passou a não mais se contentar em viver simplesmente no solo, seu “Habitat Natural” Natural”. Criou uma maneira de mergulhar profundamente no oceano, como se peixe fosse. Ainda não satisfeito, aprendeu a voar como os pássaros, criando para isso, máquinas incríveis. O problema é que a estrutura do nosso organismo não foi construída para sair do solo. Aquele que se aventura a experimentar o universo das profundezas dos oceanos ou das altas altitudes, fica sujeito a sofrer um comprometimento de diversos tipos e intensidades na sua saúde. Na incansável busca do Homem pela capacidade de sobreviver em ambientes adversos, surge a Medicina Aeroespacial.  A cada dia, máquinas mais potentes são criadas, levando o Ser Humano a ultrapassar ult rapassar ainda mais os seus limites. Cabe à Medicina Aeroespacial acompanhar esse avanço tecnológico, com a busca constante de soluções para preparar o nosso organismo para enfrentar esses novos desafios.

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CONTE DO:

INTRODUÇÃO HISTÓRIA DA AVIAÇÃO E SUA REPERCUSSÃO NA SAÚDE HUMANA DEFINIÇÃO DE MEDICINA AEROESPACIAL TRANSPORTE AEROMÉDICO DIVISÃO DA MEDICINA AEROESPACIAL LIMITES DA MEDICINA AEROESPACIAL  ATMOSFERA FÍSICA DOS GASES SISTEMA RESPIRATÓRIO EFEITOS DA ALTITUDE SOBRE O AERONAVEGANTE AERONAVEGANTE HIPÓXIA HIPERVENTILAÇÃO DISBARISMO  AERODILATAÇÃO  AEROEMBOLISMO DESCOMPRESSÃO DESCOMPRESSÃO DA CABINE FADIGA SOBRECARGA AUTO-PROVOCADA  ALTERAÇÕES DO RITMO RITMO CIRCADIANO (DESSINCRONIZAÇÃO (DESSINCRONIZAÇÃO CIRCADIANA) VISÃO  ACELERAÇÃO  ACELERAÇÃO CINETOSE (TAMBÉM CONHECIDA COMO O “MAL DO AR”) RADIAÇÃO

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INTRODUÇÃO: O Ser Humano possui um organismo complexo, capaz de se adaptar para sobreviver nas mais diversas regiões da crosta terrestre, bastando apenas que disponha de tempo suficiente para que ocorra esta adaptação. Para exemplificar, temos os esquimós na zona polar Norte, os índios na selva amazônica, os nômades do deserto do Saara, os bosquímanos da Austrália e os sherpas da cordilheira do Himalaia. Com o desenvolvimento tecnológico, tecnológico, já somos capazes de assistir astronautas vivendo em um ambiente sem gravidade, na construção da Estação Orbital Internacional. Para o homem moderno, a adaptação necessita muitas vezes ser feita rapidamente, em curtos períodos de tempo, tendo como exemplo que mais nos interessa, a v iagem aérea e o trabalho em altitude, com suas repercussões diretas no organismo vivo.  A diminuição da pressão atmosférica, as manobras em G+, a exposição à radiação das altitudes, a alteração do ritmo circadiano, entre outras, podem interferir com diferentes intensidades nos aeronavegantes e passageiros. O desconhecimento destes fatores agressivos e da maneira como prevení-los, neutralizá-los ou tratá-los produz apreensão, intranqüilidade, ansiedade, temor (“medo do desconhecido”), enfermidades, dor ou mesmo a morte. Conhecer Medicina Aeroespacial é fundamental para transmitir tranqüilidade aos passageiros de uma aeronave, planejar uma viagem segura e confortável, ou pode até mesmo fazer a diferença d iferença para salvar uma ou muitas vidas.

HISTÓRIA DA AVIAÇÃO E SUA SU A REPERCUSSÃO REPERCUSSÃO NA SAÚDE HUMANA: O sonho de voar é um dos mais antigos da humanidade. Desde os tempos mais remotos, em várias civilizações e continentes, tem-se notícias de lendas de seres humanos que voaram ou tentaram fazê-lo. Um dos primeiros acidentes aéreos vem da lenda de Dédalo e Ícaro. Para fugir do labirinto do Minotauro, Ícaro usou uma asa feita com penas coladas com cera. Entusiasmado com a capacidade de voar que acabara de adquirir, ele resolveu voar bem alto em direção ao sol. Com o calor do Sol, a cera derreteu a suas asas fragmentaram. Ícaro então caiu e morreu.

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A EXPERIÊNCIA DOS ALPINISTAS: O Ser Humano já havia percebido problemas relacionados com a altitude elevada (frio, hipóxia, baixa pressão, etc) mesmo antes do desenvolvimento do balão tripulado ou do avião. Vários alpinistas tiveram a oportunidade de descrever esses problemas, os quais foram reunidos MONTANHA”. São exemplos: com a nomenclatura: “MAL DA MONTANHA” Em 1298, Marco Polo descrever alterações no funcionamento do Corpo Humano durante suas expedições às montanhas do Tibet. Em 1590, o Pai Acosta descreve sinais e sintomas que ele passa a denominar de “o mal da Montanha” Montanha ”, do qual ele mesmo foi vítima, em suas viagens aos Andes Peruanos. Em 1736, Ulloa destaca os problemas observados em relação à altura em homem e animais durante sua expedição científica aos Andes Bolivianos. Em 1778, Sausarre descreve os sintomas do Mal da Montanha em sua viagem nos cumes dos Alpes.

EXPERIMENTOS COM O “MAIS LEVE QUE O AR”: No século XVIII, aconteceram experimentos bem sucedidos com balões de ar quente, dando início a era de desenvolvimento do "mais leve que o ar". Dentre os experimentos mais importantes envolvendo balões, podemos citar os que foram levados a cabo pelo Padre Bartolomeu de Gusmão (brasileiro, nascido em Santos-SP) em Portugal. Seus protótipos foram exibidos em 08 agosto de 1709, diante do rei D. João V e sua Corte. Outro experimento muito importante foi realizado pelos irmãos Montgolfier (Joseph (Joseph e Etienne-1782), na França, França, com a utilização do balão balão tripulado. Com os balões, rapidamente apareceram notícias sobre problemas para o organismo humano decorrentes da altitude. Naquela época, esse problemas foram denominados: “MAL DO BALÃO”.

1783 - Joseph e Jacques Montgolfier – Montgolfier – Paris  Paris - o primeiro balão de ar quente tripulado Em 1783, Pilatre de Rozier, médico francês, notou o efeito da ascensão e da hipóxia nos tripulantes de balões. Após algumas outras experiências, no verão de 1785, juntamente com o Marquês d'Arlandes, fez uma ascensão num balão que se incendiou a 1000 metros de altitude, causando a morte de ambos. Em 1804, 03 italianos, Andreoli, Brasette e Zambeccari, fizeram uma ascensão a mais de 6000 metros, sofrendo queimaduras de frio nas mãos e pés, vômitos e desfalecimento; o balão apagou e caiu no Mar Adriático, mas foram salvos. Em 1862, dois ingleses, Ghaisher e Coxwell subiram a 9450m, sofrendo taquicardia, dispnéia, cianose de extremidades, dificuldade de leitura dos instrumentos, enjôo, fadiga muscular, frio 4

extremo e entorpecimento mental. Coxwell conseguiu puxar a corda de liberação do gás com os dentes, e o balão desceu. Outros franceses, Croce-Spinelli, Sivee e Tissandier, fizeram ascensão em balão, porém com pouco oxigênio, sofrendo hipóxia que acabou por matar 2 deles. Apenas Tissandier sobreviveu, e ele fez um relato dos sinais e sintomas que foram acometendo a tripulação, devido aos efeitos da hipóxia.

PAUL BERT: MÉDICO FISIOLOGISTA E "PAI DA FISIOLOGI A DA ALTITUDE" O primeiro médico fisiologista dedicado a fisiologia da altitude foi Paul Bert, que através de camâra hipobárica, analisou os efeitos da baixa pressão em humanos e animais sobretudo no sistema Respiratório e Cardiovascular. Bert, em 1866, descreveu os efeitos da ascensão e descida na pressão dos gases sanguíneos e determinou o nível mínimo de pressão atmosférica necessário para a vida = 45mmHg. Também estudou a influência da descompressão súbita no surgimento de bolhas de nitrogênio que se encontrava dissolvido no sangue e nos tecidos. Surgia a Medicina  Aeroespacial objetivando o estudo da fisiologia do vôo, contribuindo nos equipamentos e roupas para pilotos e tripulações.

Médico e fisiologista Paul Bert (1833 - 1866 ), estudos dos efeitos fisiológicos da baixa pressão atmosférica ( experimento com Câmara Hipobárica )

EXPERIMENTOS COM O “MAIS PESADO QUE O AR”: Muitos inventores, curiosos e aventureiros, tentaram fazer um aparelho de vôo mais pesado que o ar, e muitos foram os acidentes curiosos ou graves que ocorreram. Na China, o imperador Kung Suhu-Tsé projetou uma cadeira c adeira voadora propelida por foguetes à pólvora, sendo o primeiro (e último) a experimentá-la, tendo morrido na explosão da mesma.  Acredita-se que por volta de 400 de  400 a.C. Archytas, a.C. Archytas, um  um estudioso da Grécia da Grécia Antiga, construiu Antiga, construiu um pombo de madeira capaz de "voar" por cerca de 180 metros. Acredita-se que este pombo utilizava um jato de ar como propulsão para alçar vôo, embora não se saiba o que produzia esse jato. Otto Lilienttal, na Alemanha (1892 a 1894), iniciou a construção do monoplano em asa, constando que chegou a fabricar 2000 asas. Sofreu uma queda após a quebra de uma asa, morrendo ao dia seguinte. 5

Irmãos Wrigth (EUA), em dezembro de 1903, com o Kittyhawk, lançado por catapulta, percorrendo 40m em 12 segundos, sem testemunhas.

Alberto Santos Dumont Grande inventor brasileiro e considerado o “Pai da Aviação”. Voou em Paris, em 18 de setembro de 1897, com o primeiro balão dirigível, o Nº 1, com um motor de sua invenção, o DION BOUTON, de 3,5 HP. Em 19 de outubro de 1901, ganhou o Premio Deutsch, após cobrir um percurso de 11.000m, saindo do Parque de Aerostação de Saint-Cloud, contornando a Torre Eiffel e retornando ao ponto de partida em 29 minutos e 30 segundos, meio minuto a menos do que o tempo máximo permitido. E em 23 de outubro de 1906, no Campo de Bagatelle, com o 14-BIS, após uma corrida sobre o solo, elevou-se ao ar por meios próprios, alcançando uma distância de 60m, a uma altura que variava de 2 a 3 metros, assistido por grande multidão. Em 23 de julho de 1932, três dias após seu 59º aniversário, o inventor que um dia foi o centro das atenções de uma sociedade criativa e cintilante como a de Paris morreu em esquecimento num quarto de hotel no Brasil. O suicídio de Alberto Santos Dumont reverberou em noticiários do mundo inteiro, mas os ecos de suas realizações em vida não parecem ser mais ouvidos. Poucos sabem que uma cratera da lua tem o seu nome. “Para relembrar este pioneiro do vôo basta olhar para o céu ”.  Após esse ilustre brasileiro, poucos homens tiveram tamanha expressão na área da aviação. Outros feitos de grande importância: Charles A. Lindbergh (USA)  – 1º Vôo Solo do Atlântico Norte (NY-Paris), em um monoplano Ryan  – 20 de maio de 1927 Yuri Gararin (URSS), o primeiro homem no espaço – 108 minutos em órbita, em12 de abril de 1961 Valentina Teréshkova (URSS), em 16 de junho de 1963  – primeira mulher no espaço; por 70h50min. Neil Armstrong, Edwin Aldrin, Michael Collins (USA) - Pouso na Lua em 20 de julho de 1969, com  Armstrong e Aldrin descendo em solo lunar para executar diversas tarefas, durante 02h10min. Muitos outros subiram ao espaço, porém historicamente esses são os mais relevantes. Também nos vôos espaciais ocorreram baixas:  A cadelinha Kudriavka (Laika), que foi o primeiro ser vivo a caminho das estrelas, sem volta (oficialmente). Vladimir Komarov- Morreu no espaço, testando a Soiuz I  – 24 de abril de 1967. Virgil Grisson, Edward White e Roger Chafee, a bordo da Apolo 6, sem conseguir decolar  – 26 de  janeiro de 1968. Houve também a explosão da lançadeira espacial Challenger (28 de janeiro de 1986), em que morreu toda a tripulação (07) durante o início da decolagem.

DEFINIÇÃO DE MEDICINA AEROESPACIAL:

 A Medicina Aeroespacial é a disciplina médica que estuda os efeitos que têm lugar no ser humano quando se submete a um meio dotado de condições e características tão específicas como as que configuram o meio Aeronáutico e espacial. Esta especialidade Médica estuda as adaptações do homem ao meio referido, as repercussões desse meio sobre o organismo tanto são como enfermo, e inclusive os efeitos que os diferentes fármacos e drogas podem ter sobre o organismo submetido às especiais condições do meio aeroespacial.  A Medicina Aeroespacial também atua como Medicina Preventiva, uma vez que se preocupa não somente com o tratamento, mas também com a profilaxia dos problemas orgânicos e psíquicos decorrentes da atividade aérea. 6

Mantém estreitas relações com outras ciências que centram seu atendimento no homem, como a Psicologia e a Sociologia, já que o ser humano, em sua relação com seu meio, deve ser estudado de uma forma global, e ao mesmo tempo, vincula-se, cada vez mais, aos ramos técnicos do conhecimento, como engenharia, ergonomia, eletrônica, informática e outros.  As atividades aeronáuticas seguem dependendo basicamente do ser humano. Por isso, seu adequado estado tanto físico como psíquico é fundamental para que se obtenha respostas coordenadas, rápidas e precisas. Dessa forma, o objeto de estudo da Medicina Aeroespacial, e por tanto a razão de ser desta disciplina Médica, é o tripulante aéreo, isto é, o ser humano que vai se expor ao meio aeroespacial. O objetivo é a manutenção da saúde, o conforto a bordo e a prevenção da instalação ou agravamento dos estados patológicos das tripulações aéreas. Podemos então dividir a Medicina Aeroespacial em 2 grupos de estudos: 1)Manutenção da saúde de pessoas saudáveis. 2) Transporte de enfermos (também conhecido como TRANSPORTE AEROMÉDICO)

TRANSPORTE AEROM DICO:  A história de transporte de feridos se confunde com a história da criação da Cruz Vermelha.  Até meados do século XIX não existia um corpo organizado e bem-estabelecido de assistência médica para os feridos em confrontos, tampouco instituições seguras e protegidas para acomodar pessoas feridas. Em junho de 1859,  o comerciante suíço Henry Dunant viajou para a Itália.  No caminho, testemunhou a batalha de Solferino,  um confronto da Segunda Guerra de Independência Italiana. Em um único dia, 40 mil soldados morreram ou foram deixados feridos no campo de batalha. Dunant ficou chocado pelo final da batalha, com o sofrimento dos soldados feridos, e a falta de atendimento médico para os feridos. Com isso, Dunant abandonou completamente a intenção original de sua viagem e, por vários dias, dedicou-se a ajudar com o tratamento dos feridos além de motivar a população local a ajudar os enfermos sem discriminação. Quando Dunant voltou para Genebra, passou a defender a idéia de que seria necessária a criação de um sistema voluntário nacional de assistência, para colaborar no cuidado médico dos feridos em guerra. Além disso, Dunant também pediu pelo desenvolvimento de tratatos internacionais para garantir a proteção de médicos, hospitais e feridos em batalha. Mais tarde, esses esforços acabaram por produzir resultados importantes, especialmente com a criação do Comitê Internacional da Cruz Vermelha e dos acordos internacionais a partir das Convenções de Genebra.  A Convenção de Genebra determinou que as equipes de saúde passariam a usar (em seus capacetes, braceletes, ambulâncias e aeronaves) o símbolo oficial da Cruz em tom avermelhado para identificação do atendimento e transporte de feridos. Como a Cruz é símbolo Cristão, não foi bem aceita em países com outras orientações religiosas. Durante a guerra entre a Rússia e a Turquia, o Império Otomano declarou que usaria o crescente vermelho sobre um fundo branco em vez da cruz vermelha. Além de respeitar o símbolo da cruz vermelha, as autoridades otomanas acreditavam que a cruz vermelha era, por sua própria natureza, ofensiva aos soldados muçulmanos. Durante a Conferência Diplomática de 1929, onde ocorreu a revisão das Convenções de Genebra, as delegações turca, persa e egípcia solicitaram que também fossem reconhecidos como símbolos de unidades de saúde:  o crescente vermelho;  o leão e sol vermelho Israel passou a adotar a Estrela de Davi Vermelha, a qual não ainda não foi reconhecida oficialmente. 7

Símbolos de unidades de saúde: Cruz vermelha, Crescente Vermelho, Leão e sol Vermelho, Estrela de Davi Vermelha  Atualmente, 151 Sociedades Nacionais usam a cruz vermelha e 32 o crescente vermelho.  A fim de evitar a proliferação de emblemas, foi percebida a necessidade de criação de um símbolo único e universal para identificar as unidades de saúde, conferindo-lhes a proteção do direito internacional. Em 14 de janeiro de 2007, foi definido que esse símbolo passaria a ser: o CRISTAL VERMELHO.

Símbolo escolhido para identificar universalmente as unidades de saúde: CRISTAL VERMELHO  A necessidade do transporte rápido de enfermos até hospitais se tornava bastante evidente durante as guerras.

GUERRA FRANCO PRUSSIANA Na guerra Franco Prussiana, em 1855, o TRANSPORTE AEROMÉDICO foi utilizado pela primeira vez, através de balões.

Balão utilizado na Guerra Franco-Prussiana ( 1870 - 1871 ) Forças Napoleônicas na Praça de St. Pierre. 8

PRIMEIRA GUERRA MUNDIAL Na I Guerra Mundial iniciava os primeiros modelos de aeronaves para transporte aeromédico. Eram rudimentares, despressurizadas, com sistema de rede de oxigênio suplementar, em monomotores de velocidade média de 150 km/hora e os feridos encontravam-se em compartimentos a frente do piloto.

França, 1917. Transporte Aéreo rudimentar na I Guerra Mundial.

SEGUNDA GUERRA MUNDIAL  Após a I Guerra, o sistema de remoção aérea foi desenvolvendo porém com limitações de custos e pessoal treinado. Aeronaves amplas com médicos e enfermeiros, maior conhecimento da fisiologia do vôo e aeroportos homologados, já permitiam o transporte mais adequado e rápido. A II Grande Guerra novamente impulsiona a necessidade de transporte rápido de feridos, alemães e americanos adaptam aeronaves militares de transporte para "ambulâncias aéreas" com macas apropriadas, sistema de aspiração e oxigênio, equipamentos de ventilação não invasiva com máscaras, medicações e com presença dos profissionais de saúde para atendimento. O transporte aéreo organizado para Hospitais militares de retaguarda permitia ampliar a remoção de vários pacientes ao mesmo tempo em aviões amplos como o americano DC - Douglas.

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Junker JU.52/3M ambulância. Sistema do Serviço de Saúde Alemã, Remoção aérea na II Grande Guerra.

O HELICÓPTERO  A concepção atual dada ao helicóptero (com rotor central e cauda) foi elaborada em 1939 através Igor Sikorsky. O modelo VS 300 voou 1 hora, 32 minutos e 26 segundos.

1939, Igor Sikorsky em seu primeiro vôo no VS 300, inventor do helicóptero no modelo atual.

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O helicóptero, do grego Helix ( helicóide) e Pteron (asa), logo estaria inserido como aeronave de transporte aeromédico em virtude da sua configuração versátil, não necessitando de pistas e efetuando pouso vertical. Os primeiros aparelhos equipados para resgate de feridos já surgiram na II Guerra, porém foi na Guerra da Coréia em 1955 que sua utilização foi empregada mais rotineiramente.

GUERRA DA CORÉIA Na Guerra de Coréia, os helicópteros eram de pequeno porte, monopilotados e apresentavam macas fechadas do lado externo, no esqui. O transporte era rudimentar, em baixa altitude, sem equipe de vigilância durante o vôo e já demonstrava a necessidade do piloto em conhecer procedimentos básicos de primeiros atendimento.

Guerra da Coréia (1948 - 1953): Início do transporte Aeromédico através de asa rotativa (modelo com maca lateral - para fora)

GUERRA DO VIETNAM Em 1962, a Guerra do Vietnam inicia em terreno acidentado, floresta fechada e em meio a graves epidemias. As características do local fizeram com que o helicóptero se tornasse a melhor opção para deslocamento militar e de feridos. O mais utilizado foi H1, em geral bipilotado, contava com maca interna, equipe de auxiliar ou enfermeiro e médico para sobretudo efetuar resgate de feridos em missões com pouca segurança e sujeita a artilharia inimiga. A Guerra do Vietnã demonstrou a necessidade de treinamento para equipes de saúde específicas, dando início a era da asa rotativa e UTI aéreas. Já nessa época, o médico e engenheiro aeronauta Forrest Bird inventa o mais importante ventilador pulmonar invasivo pressórico designado BIRD Mark7 para utilização em UTIs militares e aeronaves de resgate.

Vietnã ( 1964 - 1975 ). O Transporte em helicópteros foi amplamente utilizado, surgem as primeiras ambulâncias aéreas equipadas nos padrões atuais. 11

APOGEU DA REMOÇÃO AÉREA Na década de 80 inicia o apogeu do transporte aeromédico. Aeronaves rápidas como jatos, dentro os quais Learjet, tornaram-se verdadeiras UTIs Aéreas, com ventiladores pulmonares específicos, desfibriladores, Bombas de Infusão apropriadas, medicações, monitores cardíacos e principalmente equipe aeromédica treinada. Velocidades de 900 km/hora, e m cabines pressurizadas, ambiente confortável para paciente e equipe, com normas internacionais rígidas, proporcionando rapidez e segurança.

Remoção Atual em Helicópetro: Equipe multiprofissional, equipamentos compondo UTI aérea. Segurança e Rapidez.

Novos desafios virão. A medicina não tem fronteiras. Infeli zmente o transporte aeromédico ainda serve parcela da população, seja por motivos culturais, financeiros ou mesmo centros avançados que dispensam a necessidade do transporte aéreo. Custos como da aeronave, angaragem, manutenção, combustível, seguro, equipe treinada, equipamentos médicos dificultam a ampliação da utilização deste fundamental recurso destinado ao paciente grave. Cabe agora ao ser humano trazer a tecnologia para seu bem estar, trazer os avanços da ciência da engenharia e da medicina para seu próprio uso, transformar e democratizar conquistas humanas para o bem, sem dúvida o t ransporte aeromédico reflete esta filosofia, da superação em salvar vidas humanas que não possui preço.

DIVISÃO DA MEDICINA AEROESPACIAL: Didaticamente, a Medicina Aeroespacial pode ser dividida em: 1) Medicina de Aviação: estuda as alterações fisiológicas ocorridas até 50.000 pés (aproximadamente 15 km) 2) Medicina Espacial: estuda as alterações fisiológicas ocorridas acima de 50.000 pés.

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LIMITES DA MEDICINA AEROESPACIAL: A) Momento em que atua:  A Medicina Aeroespacial não se limita apenas aos fenômenos que ocorrem no momento que o aeronavegante não se encontra no solo. Ela deve preocupar com os preparativos para o vôo (fase pré-vôo), atentando para aqueles fatores que possam interferir na atividade aérea: alimentação, medicamentos, doenças que incapacitam e/ou restringem o tipo de vôo, etc. Também é de sua responsabilidade o estudo dos fenômenos que aparecem na “fase pósvôo”, como conseqüência da atividade aérea, como enfermidades orgânicas (ex: doença descompressiva), distúrbios psicológicos, transtornos gerados pela alteração do ciclo circadiano, etc.

B) Disciplinas envolvidas:  Apesar de ser considerada um “ramo” da medicina, possui um espectro de atuação bem mais amplo, envolvendo conhecimentos de psicologia, física, fisioterapia, química, entre outros. Deve ser então considerada como uma ciência multidisciplinar.

C) Objeto de estudo e atuação: Não há duvidas que o Ser Humano é o centro das atenções da Medicina Aeroespacial. No entanto, o estudo do ambiente dentro e fora da aeronave é indispensável para a sugestão das medidas necessárias para a segurança, salubridade e o conforto do aeronavegante. Cabe à Medicina Aeroespacial sugerir, quando for o caso, a altitude do vôo, temperatura da cabine, tempo da viagem (velocidade da aeronave), o uso ou não de oxigênio suplementar e demais características do ambiente de vôo.

ATMOSFERA: Desde épocas muito remotas, os homens se dão conta da presença do ar. Inicialmente, nele residiam figuras de divindades, como os deuses dos ventos, das tempestades, dos relâmpagos, etc. Com o progresso do conhecimento científico, as características reais desse oceano invisível foram se tornando mais claras. Sabe-se hoje que o ar é uma mistura de diversos gases e que circunda nosso planeta como uma camada que atinge algumas centenas de quilômetros de espessura. Essa camada, mais densa nas proximidades do solo e mais rarefeita à medida que se ganha altura, é conhecida com o nome de atmosfera (atmos = ar; esfera = esfera terrestre). Sem a atmosfera, certamente a Terra seria um planeta privado de vida como a conhecemos apresentando o mesmo aspecto desolado da Lua. A atmosfera desempenha várias e importantes funções: protege o planeta das radiações nocivas dos raios solares e de outros vindos do espaço, absorve e detém parte do calor irradiado pelo solo, provoca a desintegração de alguns meteoritos que atingem a Terra, redistribui, através da chuva, a água evaporada dos mares, além de conter o oxigênio e outros gases indispensáveis à vida.

Formação da atmosfera Podemos tecer suposições bastante razoáveis sobre a história da atmosfera da Terra nos últimos um bilhão de anos. Para regredir ainda mais no t empo, é necessário especular, o que é tema ainda de muitas pesquisas. Chama-se de Atmosfera moderna ou terceira atmosfera a composição da massa de gases que envolve nosso planeta atualmente, distinguindo-se, da composição química das duas atmosferas anteriores. 13

Primeira atmosfera  A primeira atmosfera, era principalmente hélio e hidrogênio. O calor provindo da crosta terrestre, ainda em forma de plasma, e o sol a dissiparam. Segunda atmosfera  A aproximadamente 3.5 bilhões anos atrás, a superfície do planeta tinha esfriado o suficiente para formar uma crosta endurecida, povoando-a com vulcões que liberaram vapor de água, dióxido de carbono, e amoníaco. Desta forma, surgiu a "segunda atmosfera", que era formada principalmente de dióxido de carbono e vapor de água, amônia, metano, óxido de e nxofre. Nesta segunda atmosfera quase não havia oxigénio livre, era aproximadamente 100 vezes mais densa do que a atmosfera atual. Acredita-se que o efeito estufa, causado por altos níveis de dióxido de carbono, impediu a Terra de congelar. Durante os próximos bilhões anos, devido ao resfriamento, o vapor de água condensou para precipitar chuva e formar oceanos, que começaram a dissolver o dióxido de carbono. Seriam absorvidos 50% do di óxido de carbono nos oceanos. Surgiram organismos Fotossíntese que evoluiriam e começaram a converter dióxido de carbono em oxigênio. Ao passar do tempo, o carbono em excesso foi fixado em combustíveis fósseis, rochas sedimentares (notavelmente pedra calcária), e conchas animais. Estando o oxigénio livre na atmosfera reagindo com o amoníaco, foi liberado azoto, simultaneamente as bactérias também iniciaram a conversão do amoníaco em azoto.  Aumentando a população vegetal, os níveis de oxigénio cresceram significativamente (enquanto níveis de dióxido de carbono diminuíram). No princípio o oxigénio combinou com vários elementos (como ferro), mas eventualmente acumulou na atmosfera resultando em extinções em massa e evolução. Terceira atmosfera (atmosfera moderna) Com o aparecimento de uma camada de ozônio(O3), as formas de vida no planeta foram melhor protegidas da radiação ultravioleta. Esta atmosfera de oxigênio-azoto (azoto = nitrogênio) é a terceira atmosfera. Esta última, tem uma estrutura complexa que age como reguladora da temperatura e umidade da superfície. Situação atual: Há alguns milhões de anos, a atmosfera atual entrou em equilíbrio, o que se mantém, embora exista a possibilidade de ocorrerem fenômenos capazes de alterá-lo. A atividade vulcânica hoje é reduzida, se comparada a épocas anteriores, o que não significa que esses gigantes poderosos não possam despertar. Em 1980, o vulcão Saint-Helens , inativo desde 1858, entrou em erupção e descarregou na atmosfera, a grandes altitudes, uma nuvem de gás e cinzas que alcançou a Europa.  Acontecimentos como esse podem romper o complexo e delicado equilíbrio químico da atmosfera, produzindo variações na temperatura e modificando a quantidade e distribuição de chuvas. Além disso, a ação do homem contribui para essas alterações. Indústrias consomem grande quantidade de combustíveis anualmente, que, ao serem queimados, poluem o ar com fumaça e gases tóxicos. Calcula-se que o nível de dióxido de carbono aumentou em 15% só no século passado, causando uma elevação (pequena, mas sensível) na temperatura média terrestre. Essas alterações podem contribuir para intensificar as atividades elétricas naturais na atmosfera. Composição: O ar, que constitui a atmosfera, é uma mistura de gases, cada um dos quais com as suas características físicas, nos quais estão em suspensão quantidades variáveis de pequenas partículas sólidas e líquidas. A composição do ar não é constante, variando de local para local. Se fosse removido da atmosfera o vapor de água, poeiras e outros variados componentes, poderíamos verificar que ela é muito estável até à altitude de cerca de 80 km.  A análise de uma amostra de ar colhida ao nível do mar acusa, em média, a seguinte composição percentual, após eliminar-se a umidade:

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Composição da Atmosfera nitrogênio (N2) 78,084% oxigênio (O2) 20,948% argônio (Ar) 0,934% gás carbônico (CO2) 0,031% neônio (Ne) 0,001818% hélio (He) 0,000524% metano (CH4) 0,0002% kriptônio (Kr) 0,000114% hidrogênio (H2) 0,00005% xenônio (Xe) 0,0000087% Também há traços de óxidos de nitrogênio (NO, NO2 e N2O), monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), amônia (NH3), dióxido de enxofre (SO2), sulfeto de hidrogênio (H2S) além de micróbios e impurezas. Os gases que constituem a atmosfera também sofrem o efeito da atração da gravidade e por isso pressionam a superfície do solo, ocasionando a pressão atmosférica.  Alguns gases, mesmo representando uma pequena fração da atmosfera, possuem importante função. O dióxido de carbono (CO 2), presente em muito pequena percentagem (0,035%), é indubitavelmente um importante constituinte do ar, pela sua capacidade de absorver a energia calorífica irradiada pela Terra. A água e o gás carbônico, presentes no ar, absorvem parte dos raios infravermelhos emitidos pelo sol e são responsáveis pela retenção da energia térmica na atmosfera,  juntamente com o gás metano e o óxido nitroso, deixando o planeta aquecido e possibilitando a existência de vida na Terra. Daí a importância, especialmente do acúmulo de CO 2 no desenvolvimento do "Efeito Estufa" com o aquecimento do planeta. O controle da poluição, especialmente da emissão de produtos da queima de combustíveis fósseis, podem contribuir para reduzir a produção de CO 2. Com a Revolução Industrial, que se iniciou no século 18, passamos a utilizar com maior freqüência os combustíveis fósseis, especialmente os derivados do petróleo. Isso aumentou em excesso a emissão de gases poluentes na atmosfera, sem que, a princípio, houvesse preocupação com as conseqüências que poderiam ser provocadas. Na verdade, a própria noção de poluição ainda era desconhecida e só a partir do século 20 os cientistas começaram a se aperceber dos problemas que estavam sendo criados. Por exemplo, por volta de 1970, os cientistas passaram a estudar os efeitos que as emissões de clorofluorcabonos (CFC, um gás muito usado em geladeiras e em aerossóis) estariam causando à atmosfera do planeta. Descobriu-se que o CFC destruía o ozônio da estratosfera. Em 1982, foi constatada a existência de uma região já muito pobre em ozônio (um "buraco"), quando comparada com outras áreas. Essa região localiza-se no Pólo Sul, sobre a Antártida.  Assim, a Terra passou a receber diretamente uma carga excessiva de radiação ultravioleta. Para piorar, outros gases industriais, em especial o gás carbônico (CO 2), se acumulavam na atmosfera, impedindo a dispersão do calor irradiado pelo solo e provocando um aumento da temperatura do planeta, o que é denominado: "efeito estufa".

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Mudanças climáticas Durante as últimas décadas, várias mudanças climáticas começaram a ser percebidas e atribuídas ao aquecimento global. Então, passou a existir uma preocupação muito grande de que ocorressem mudanças ainda mais drásticas, caso os seres humanos continuassem a emitir gases industriais em larga escala. Embora alguns cientistas não acreditem no risco do planeta se superaquecer, durante a Conferência Mundial sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento, que aconteceu no Rio de Janeiro, em 1992, os representantes dos países participantes escreveram a Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças do Clima. Nela, reconhecia-se que as mudanças climáticas eram um problema real, planetário, e que as atividades humanas têm papel fundamental nessas alterações. Sendo assim, é preciso que todos os países se esforcem para diminuir o problema, reduzindo a emissão dos gases que promovem o aquecimento do planeta (efeito estufa).

Protocolo de Kyoto Para transformar a Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças do Clima em propostas objetivas, em 1997, foi criado o Protocolo de Kyoto, que tem por objetivo lutar contra alterações climáticas, através de uma ação internacional de redução de determinados gases que provocam o efeito estufa: dióxido de carbono (CO2); metano (CH4); protóxido de azoto (N2O); hidrofluorcarbonos (HFC); hidrocarbonetos perflorados (PFC); hexafluoreto de enxofre (SF6). O protocolo de Kyoto só entrou em vigor em 16 de fevereiro de 2005, quando os países que assinaram, iniciaram o desenvolvimento de projetos para diminuir a taxa de emissão de gases do efeito estufa até 2012. Contudo, nem todos os países aderiram a ele. Os Estados Unidos, um dos principais responsáveis pela emissão de gases se recusa a aderir, devido a questões econômicas. Recentemente, com a preocupação crescente da população mundial em relação ao aquecimento global, os Estados Unidos vêm tentando discutir um protocolo alternativo ao de Kyoto. Enquanto isso, a questão parece estar se agravando: o ano de 2005, por exemplo, foi marcado por grandes catástrofes em diversos pontos do planeta: tsunamis, terremotos, furacões, secas e enchentes. 16

Divisão da Atmosfera em camadas  A atmosfera terrestre pode ser estratificada (dividida em camadas) tendo como critérios a relação entre altitude e algumas de suas características:

1) Composição química: Homosfera, Heterosfera e exosfera; 2) Comportamento eletromagnético: ionosfera e magnetosfera 3) Quanto à presença de íons: atmosfera inferior, média atmosfera e atmosfera superior. 4) Comportamento da temperatura: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera. 1) Estratificação baseada na sua Composição Química: Estima-se que 97% dos gases permaneçam nas fases iniciais da atmosfera. Divide-se em homosfera, heterosfera e exosfera.

Homosfera  – Até 100 km de altitude, com composição constante, na qual predominam o Nitr ogênio e o Oxigênio. Heterosfera  – Acima de 100 km, com distribuição irregular dos gases, aí predominando o Hélio e o Hidrogênio. Exosfera  – É externa à atmosfera; daí as moléculas de gás começam a escapar para o Espaço. 2) Estratificação baseada no seu Comportamento Eletromagnético Divide-se em Ionosfera e Magnetosfera.  A Ionosfera  se localiza entre 60 km e 900 km, caracterizada pela presença de partículas eletricamente carregadas, e onde ocorre a reflexão das ondas de rádio.  A Magnetosfera possui dimensão irregular em conseqüência dos ventos solares, variando com o dia ou com a noite, quando alcança 600.000 km. Nesta camada predomina o campo magnético da Terra.

3) Estratificação baseada na presença de íons: a atmosfera foi dividida em atmosfera inferior, média atmosfera e atmosfera superior.  A atmosfera inferior e a média atmosfera possuem pouca concentração de íons e por isso são camadas fracamente condutoras. A superfície terrestre também interfere na concentração de íons por causa dos ventos, temperatura, quantidade de vapor d'água, etc. Há uma camada onde tal influência é maior, que vai do solo até uns poucos metros de altura (podendo alcançar 3 quilômetros), chamada de camada planetária. A presença desses íons prejudica consideravelmente as medidas elétricas feitas nesta camada. A atmosfera superior possui alta concentração de íons positivos e negativos, além de muitos elétrons livres. Predominam quatro formas de produção de íons na atmosfera: através de colisões de partículas neutras, de raios cósmicos, por decaimento de partículas radioativas no solo e por fotoionização. As três primeiras são responsáveis pela produção de íons na atmosfera inferior e na média atmosfera enquanto que a última é típica da atmosfera superior. 4) Estratificação baseada no comportamento da temperatura:  a atmosfera divide-se em: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.

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COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA EM CADA CAMADA

Troposfera : Limites: do nível do mar até aproximadamente 12 Km de altitude. Comportamento da temperatura: reduz com o aumento da altitude. É a camada em contacto com o solo, onde vivemos. A existência de correntes de ar quentes e frias geram turbulência, o que justifica o seu nome: o termo “tropos” significa “movimento” em grego.  A troposfera é o objeto principal de estudo dos meteorologistas, porque é nesta camada que, essencialmente, ocorrem os mais importantes fenômenos meteorológicos, como a formação das nuvens e as precipitações. A troposfera contém cerca de três quartos da massa total da atmosfera (quase 80%) e quase todo o vapor de água. Os gases que compõem esta camada não absorvem as ondas de calor do Sol. Estas são absorvidas pela crosta terrestre que se aquece e transfere calor para a troposfera. Portanto, com o aumento da altitude, sua temperatura diminui. A temperatura na troposfera diminui 6,5 ºC por Km, podendo alcançar, na região mais alta, a temperatura de -63 ºC. Para adquirir conhecimento das variações de pressão, ventos e umidade, utilizam-se radiossondas ligadas a balões que transmitem os dados via rádio à medida que ascendem na atmosfera.  A espessura da troposfera não se mantém constante. Varia com a latitude e com a estação do ano. Nas zonas polares atinge normalmente sua menor espessura (8 Km) devido ao estado de contração dos seus componentes, provocado pelas baixas temperaturas. Já no Equador, pode chegar a aproximadamente 16 Km.

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 A troposfera é mais espessa sobre a linha do Equador e mais fina sobre os polos.  A altitude máxima que um avião pode alcançar dependem do peso total do avião, sua velocidade e da densidade do ar. Quanto maior for o peso e menor a densidade (pressão barométrica baixa e temperatura alta), menor será a razão de subida resultante e mais baixa a altitude máxima de vôo. Normalmente o vôo de cruzeiro não é efetuado na altitude máxima que o avião é capaz de atingir com um determinado peso, mas sim abaixo (pelo menos 2.000 pés), a fim de permitir uma margem para manobras, levando em considerações as turbulências. O bordo superior da troposfera denomina-se tropopausa. Nesta faixa, estamos acima dos distúrbios metereológicos (nuvens, chuva, etc) e temos o fenômeno da isotermia, ou seja, a temperatura se mantém constante. Essa é a altitude de cruzeiro dos grandes jatos, pois ela possui as seguintes características: 1) Segurança: É uma região de calmaria metereológica, estando acima das tempestades, rajadas de vento, etc 2) Economia: devido ao atrito reduzido pelo ar já rarefeito nas grandes altitudes, ocorre economia de combustível. 3) Velocidade: também devido ao atrito reduzido, o avião consegue deslocar mais rapidamente.  A concentração de oxigênio em altitudes superiores a 12000 ft começa a ser insuficiente para a vida de um ser humano sendo necessário, portanto, utilizar oxigênio suplementar para vôos a partir destas altitudes. Em altitudes acima de 40.000 ft, mesmo aspirando ar puro, a pressão exercida pelo oxigênio não será suficiente, sendo necessário também o aumento de pressão na cabine.  Altitude de vôo:  Avião de pequeno

porte

(hélice):

Vôo visual: até 9.500 pés (2800 metros); Vôo IFR: acima de 11.000 pés (3300 metros).  Aviões Comerciais a jato: operam entre 25.000 a 40.000 pés (7600 a 12000 metros). Concorde: opera a 58.000 pés (17.000 metros) de altitude.

Estratosfera: Limites: da troposfera até aproximadamente 50 Km de altitude. Comportamento da temperatura: aumenta com o aumento da altitude. 20

Na estratosfera, a temperatura mantém-se constante até à altitude de cerca de 20 km e começa então a aumentar até ao limite desta camada, limite esse que se denomina estratopausa.  Abaixo da tropopausa, a umidade e a temperatura atmosféricas são transferidas com grande turbulência. Acima da tropopausa, na estratosfera, isso não acontece.  A razão do aumento de temperatura nesta camada é a existência de uma grande concentração de ozônio. O ozônio absorve a radiação ultravioleta do Sol e, como conseqüência, a estratosfera é aquecida. A temperatura nas zonas mais altas varia entre os -13 ºC e os +18 ºC.

Mesosfera: Limites: da estratosfera até aproximadamente 80 Km de altitude. Comportamento da temperatura: reduz com o aumento da altitude.  Ao chegarmos na mesosfera passamos por 99% do peso do ar, ou seja, quase todo o ar já ficou para trás. Nesta camada, a temperatura decresce com a altitude até à mesopausa, bordo superior da mesosfera, a uma altitude de cerca de 80 km acima da superfície da Terra. As temperaturas aproximam-se dos -90 ºC. Contém uma pequena porção de ozônio e vapores de sódio que desempenham papel importante nos fenômenos luminosos da atmosfera.

Termosfera : Limites: da mesosfera até aproximadamente 500 Km de altitude. Comportamento da temperatura: aumenta com o aumento da altitude. É a camada que recobre a mesopausa e não tem bem definido o limite superior. É constituída por uma diminuta fração da massa atmosférica. Na extrema rarefação do ar desta camada mais afastada, as temperaturas continuam a aumentar devido à radiação produzida da elevada energia solar pelos átomos de oxigênio e azoto (nitrogênio). As temperaturas podem atingir valores extremamente altos, de mais de 1000 ºC. Contudo, este conceito de temperatura não é o mesmo que é utilizado na superfície da Terra. A temperatura é definida em termos de velocidade média das moléculas em movimento. As moléculas dos gases da termosfera deslocam-se a alta velocidade e a temperatura atingida é muito alta. Mas, como são muito esparsas, o percurso livre das partículas é muito grande, cerca de 100 km, não há repartição uniforme da energia e, no seu conjunto, possuem uma insignificante quantidade de calor. Por esta razão, a temperatura dos satélites artificiais que orbitam a Terra na termosfera é determinada principalmente pelo aumento de radiação solar absorvida e não pela temperatura da quase inexistente atmosfera que rodeia o satélite. Os constituintes gasosos não formam moléculas eletricamente neutras, mas apresentam-se na forma iônica, isto é, carregados eletricamente em virtude do constante bombardeamento dos seus elementos pelas radiações solares. Por esse motivo é também denominada “ionosfera” O ar da ionosfera é extremamente rarefeito e ainda assim oferece suficiente resistência aos meteoros, que bombardeiam diariamente a Terra, fragmentando-os. As regiões inferiores da termosfera desempenham um papel importante nas transmissões por rádio e televisão, pois refletem as ondas hertzianas emitidas pela Terra, possibilitando a sua captação pelas estações receptoras. É na termosfera, devido aos fenómenos de ionização, que ocorrem as auroras boreais.

Exosfera: Limites: após a termosfera, ou seja, após 500 Km de altitude.  A exosfera é a camada mais externa da atmosfera. Chega a confundir-se com o espaço cósmico. O ar existente nessa camada é tão rarefeito que os grupamentos atômicos chegam a atravessar distâncias enormes sem se chocarem. Nesta camada, ocorre fuga molecular para o espaço, de forma que as partículas se movimentam em órbitas livres. 21

Influência da pressão na ebulição dos líquidos: O valor da temperatura de ebulição da água, de outros líquidos e de soluções é influenciado pela pressão atmosférica.

É bem sabido que o ponto de ebulição da água ao nível do mar (pressão atmosférica igual a 1 atm ou 760 mmHg e altitude igual a zero) é igual a 100ºC. No entanto, se fervermos a água em Brasília, o valor da temperatura de ebulição será um pouco menor, aproximadamente igual a 98,3ºC. Isso ocorre porque Brasília possui uma altitude acima do nível do mar, possuindo uma pressão atmosférica menor e, com isso, o ponto de ebulição da água também será menor. Quanto maior a altitude, menor será o ponto de ebulição. Por exemplo, o Monte Everest fica na Cordilheira do Himalaia, cuja altitude é de 8848m e sua pressão atmosférica é de 240 mmHg. Nesse local, a água entra em ebulição muito mais rápido do que ao nível do mar, possuindo um ponto de ebulição de aproximadamente 71°C. O contrário também ocorre, em lugares que ficam abaixo do nível do mar (exemplo: dentro do túnel sob o oceano que conecta a Inglaterra até a Bélgica), a água ferverá a uma temperatura maior do que 100ºC. Isso nos ajuda a entender o princípio de funcionamento da panela de pressão. Dentro dela a pressão sobre a água é bastante elevada, o que faz com que a água permaneça no estado líquido em temperaturas maiores que 100 ºC. Temperaturas mais elevadas aceleram o cozimento de alimentos. Po outro lado, se quisermos cozinhar algum alimento em lugares de altitude muito elevada, como o Monte Everest, em panelas comuns, será muito dif ícil. Isso porque a água irá entrar em ebulição em temperatura baixa e irá secar antes mesmo que o alimento termine de cozinhar.  Assim, quanto maior for a pressão sobre a superfície do líquido, mais difícil será para suplantá-la e para o líquido entrar em ebulição, logo, o ponto de ebulição será maior. Por outro lado, se a pressão for menor, será mais fácil entrar em ebulição e o ponto de ebulição será menor.

Os Equivalentes Espaciais Fisiológicos de Strughold Dr Hubertus Strughold (1898  –1986) foi um médico e cientista alemão que se naturalizou americano após a II Guerra Mundial. Enquanto morava na Alemanha, participou de experimentos nazistas sobre a capacidade do Corpo Humano em suportar o frio no campo de prisioneiros de Dachau. É considerado como o “pai da medicina aeroespacial”.

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Dr Hubertus Strughold  A maioria dos físicos determinam como sendo o início do espaço a altitude de 500 ou 600 km. No entanto, Dr Strughold defendeu a idéia de que o limite de altitude onde ainda é possível existir vida humana é bem inferior a esse limite entre atmosfera/espaço. Dr Strughold apontou 2 limites de altitude que são importantes no estudo da medicina aeroespacial, os quais são conhecidos como: “Equivalentes espaciais fisioló gicos de Strughold”.

Primeiro Equivalente Espacial Fisiológico de Strughold = 50.000 pés Nessa altitude, a pressão é tão baixa que já não ocorre mais nenhuma difusão de oxigênio da atmosfera para os vasos sanguíneos que circundam os alvéolos pulmonares. Segundo Equivalente Espacial Fisiológico de Strughold = 63.000 pés Nessa altitude, a temperatura de ebulição da água é de 37ºC, ou seja, a água ferve na temperatura do corpo humano. Assim, ao menos que seja usado um traje de astronauta, o Ser Humano irá ferver acima de 63.000 pés. Relação entre Altitude e o avião  A densidade do ar vai diminuindo progressivamente com o aumento da altitude. De tudo isto, concluímos que Vôo Aéreo é o vôo capaz de ser levado a efeito por aeronaves convencionais com asas e velocidade suficientes para gerar força de sustentação e contrabalançar a força da gravidade, com seu limite máximo de 40 km de altura.  Acima desta cota o vôo depende de propulsão por empuxe de foguetes para igualar ou exceder a força da gravidade: é o Vôo Espacial. Von Karman estabeleceu que entre 80 e 100 km de altitude se localiza a linha divisória entre a  Aerodinâmica e a Balística – é a Linha de Von Karman.  A 200 km de altitude está a linha do limite mecânico da atmosfera – é a linha divisória entre a balística e a mecânica celestial, ou seja, a astrodinâmica. Acima desta linha encontramos a permanente ausência de peso, a imponderabilidade. Com o avanço da tecnologia e a necessidade de aproximar os continentes, grandes empresas aeronáuticas, principalmente americanas e europeias, como a Boeing e a Airbus, começaram a desenvolver grandes aviões com motores a reação para o transporte de passageiros. Graças a tudo isto ficou mais fácil atravessar os oceanos e os continentes. Estes aviões voam a grandes altitudes para economizar tempo e combustível atingindo velocidades que se aproximam a do som ( 80% a 90% da velocidade do som). É sabido que a densidade do ar é diretamente proporcional a força de sustentação e inversamente com o aumento da altitude. Então a aeronave tem que compensar este problema com uma velocidade aerodinâmica maior. Por exemplo, quando temos dez partículas de ar próximo ao solo, numa altitude muito maior, elas estarão mais separadas, fazendo com que a aeronave se desloque mais, para vencer as partículas. Por isso que a preferência para os jatos são as grandes altitudes, para viajarem, proporcionando economia de tempo e combustível. 23

 A densidade do ar é influenciada não somente pela altitude, mas também pela temperatura do local e umidade. À medida que a temperatura aumenta, as partículas dos gases da atmosfera se distanciam e a densidade diminui. Assim, para planejar uma decolagem, o piloto precisa saber qual é a "altitude densidade" (AD) na qual estará trabalhando. A altitude densidade é um importante parâmetro meteorológico, causa principal ou contribuinte de muitos acidentes aeronáuticos. A imperícia de alguns pilotos, por não conhecerem bem esse fator, a imprudência por não respeitarem os limites da capacidade dos aviões ou ainda a negligência podem levá-los a riscos desnecessários e até mesmo a acidentes fatais.  A definição de Altitude Densidade está ligada ao conceito de Atmosfera Padrão, baseado em uma atmosfera hipotética obtida por médias de várias constantes físicas.  A atmosfera padrão por definição refere-se à pressão exata, ao nível do mar, de 101 325 hPa (hecto Pascal), o que equivale a 1 atm, e uma temperatura de superfície de 15°C. Foi estabelecido que, no Nível Médio do Mar, com as condições padrão de temperatura e pressão, a Altitude Densidade é zero. A Altitude Densidade é, portanto, a altitude de pressão (altitude na atmosfera Padrão) corrigida à temperatura não padronizada (fora da atmosfera Padrão) ou, em outras palavras, é a correlação da performance da aeronave com a densidade do ar. Os principais fatores que afetam a AD (altitude densidade) são a altitude, temperatura e umidade do ar. Quanto maior altitude e mais quente estiver a temperatura ambiente menor será a densidade do ar e, conseqüentemente maior a AD.  A umidade, embora intrinsecamente ligada à temperatura, não é um fator tão importante, pois afeta mais a potência dos motores do que a eficiência aerodinâmica. Em termos médios, a altitude densidade aumenta cerca de 120 pés para cada °C de aumento na temperatura acima do padrão. Na situação padrão, a taxa de variação térmica na troposfera é de aproximadamente 6,5°C por quilômetro (cerca de 2°C para cada 1.000 pés).  A Altitude Densidade age de maneira direta na performance das aeronaves, envolvendo potência dos motores, consumo de pista, quantidade de carga, razão de subida, sustentação etc. Como se pode inferir, o fator está presente em várias fases do vôo e costuma mostrar suas artimanhas principalmente nos dias quentes e em pistas localizadas em altitudes mais elevadas. Exemplos: um Beech P35 Bonanza caiu em Cedar City, Utah, Estados Unidos, causando a morte do piloto e de seu passageiro que decolaram de uma altitude de 8200 pés em um dia de muito calor. O avião estava com carga que excedia sua capacidade e, associado à alta Altitude Densidade, isso foi fatal, pois o piloto não conseguiu manter sua razão de subida e veio a colidir no topo das árvores que haviam no final da pista.  A alta Altitude Densidade reduz a eficiência das pás dos helicópteros, necessitando de maior potência para poderem alçar vôo e uma decolagem mais longa em altitude. As turbinas também operam de forma menos eficiente em condições de ar menos denso. Como nos aviões, alta AD significa perda de potência, redução na razão de subida, diminuição na carga útil, o que pode resultar em ter que deixar um passageiro no solo.  A sustentabilidade de uma aeronave é diretamente relacionada à densidade atmosférica e esta varia conforme a temperatura e a altitude. Para se ter uma idéia do problema, um DC-8 decolando do Aeroporto de Viracopos  –  Campinas (aproximadamente 2200 pés), com uma temperatura de 25°C pode levar cerca de 328 mil libras (148 toneladas) que é o seu ideal; porém, se a temperatura se elevar para 30°C, com certeza pelo menos 7 mil libras (3 toneladas) de carga paga ficarão no chão. O que as empresas transportadoras costumam fazer é evitar a decolagem durante o dia e dar preferência pelo horário noturno, quando a temperatura está mais amena, podendo assim aproveitar o máximo possível da capacidade do avião.

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 ALTITUDE DE DIVERSAS CIDADES NO BRASIL E NO MUNDO (em metros) NO BRASIL NO MUNDO Belo Horizonte: 858 Bogotá (Colombia): 2640 Brasillia: 1100 Paris: 60 São Paulo: 792 Nova Yorque: 27 Rio de Janeiro: 10 Moscou: 170 São Joaquim (SC): 1420 Quito (Equador): 2800 Recife: 4 La Paz (Bolivia): Aeroporto mais alto do mundo:  Aeroporto El Alto: 4061 Um Boeing 737, por sua vez, com a elevação da temperatura em 10°C, pode reduzir em 600 kg sua massa de decolagem permitida. No caso do Airbus A310, para cada grau que a temperatura estiver abaixo da referência, a massa pode ser aumentada em de 210 kg. Pousos e decolagens de aeronaves menores também são afetados pela Altitude Densidade; um "papa tango" que necessite de 300 metros de pista para levantar vôo ao nível do mar, precisará quase o dobro dessa distância em Brasília, que está situada a 1059 metros, isso se for mantida a mesma temperatura ambiente nos dois locais.

 A capacidade de teto do avião também é influenciada pela AD, sendo que, quando a velocidade ascensional chegar a zero significa que foi atingido o seu teto. Em condições normais de tempo, as horas mais críticas para os procedimentos de pouso e decolagem estão entre o meio da manhã e o meio da tarde. Caso utilize a previsão de temperatura para um período de 24 horas, dê uma margem de mais ou menos 1°C à previsão obtida. O aeronavegante nunca deve superestimar a capacidade do avião; caso necessário ele deve reduzir o peso da carga ou programar seu vôo para um horário mais adequado, visto que o comprimento das pistas é um elemento inalterável. Seria possível subir em um balão, esperar a Terra girar, e depois descer em outro lugar? Poderíamos imaginar que enquanto o viajante de um balão estiver separado da superfície terrestre, nosso planeta continua girando, como sempre, para leste; e que por isso q uando o viajante descer não cairá no mesmo local de onde saiu, mas em outro lugar, estado ou país. Alguém que subisse em um balão em São Paulo, por exemplo, desceria no estado do Mato Grosso ou na Bolívia. Você imagina um meio mais económico de viajar? Não precisaríamos empreender viagens 25

cansativas por terra ou pelo mar, bastaria esperar, pendurado no ar até que a Terra nos colocasse sobre o nosso destino. Infelizmente este procedimento magnífico é pura fantasia. Em primeiro lugar, porque ao subir no ar nós continuamos ligados à esfera terrestre; nós continuamos na camada gasosa que envolve o planeta, na atmosfera, que também participa do movimento de rotação da Terra. O ar gira junto com a Terra e leva tudo aquilo está nele: as nuvens, os aviões, os pássaros em vôo, os insetos, etc. Se o ar não participasse do movimento de rotação da Terra nós sentiríamos continuamente um vento forte. Os furacões mais terríveis pareceriam brisas suaves comparado com ele (a velocidade de um furacão é de 40 m/s ou 144 km/h.  A Terra, em uma latitude como a de Leninegrado, por exemplo, nos arrastaria pelo ar com uma velocidade de 240 m/s, ou de 828 km/h e, no Equador, por exemplo, esta velocidade seria de 465 m/s, ou de 1 674 km/h). Em segundo lugar, embora nós pudéssemos ir até as camadas superiores da atmosfera onde a Terra não está rodeada de ar, o procedimento de viajar economicamente também seria impossível.  Ao nos separarmos da superfície da Terra em rotação seguiríamos uma trajetória contínua, por inércia, com a mesma velocidade com que a Terra se moveria debaixo de nós. Diante destas condições, ao voltar à superfície da Terra nós estaríamos no mesmo lugar de onde partimos.

A RADIAÇÂO SOLAR E SUA FILTRAÇÃO PELA ATMOSFERA Grande parte da energia solar é absorvida pela atmosfera. Se chegasse em sua totalidade à superfície do planeta, esta energia nos mataria. Algumas camadas da atmosfera são mais eficientes para realizar essa proteção. A camada de ozono é uma das principais barreiras que protegem os seres vivos dos raios ultravioleta. O ozono deixa passar apenas uma pequena parte dos raios U.V., esta benéfica. Em quantidades muito pequenas, as radiações ultravioleta são úteis à vida, contribuindo para a produção da vitamina D, indispensável ao normal desenvolvimento dos ossos. No entanto, a exposição prolongada e sem proteção à radiação ultravioleta causa anomalias nos seres vivos, podendo levar ao aparecimento de câncer de pele, queimaduras, deformações, atrofia e cegueira assim como a diminuição das defesas imunológicas, favorecendo o aparecimento de doenças infecciosas.  Anualmente e a nível mundial, surgem cerca de 3 milhões de novos casos de câncer da pele que podem levar à morte. De acordo com o Programa das Nações Unidas para o Ambiente, a redução de apenas 1% na espessura da camada de ozono é suficiente para a radiação ultravioleta cegar 100 mil pessoas e aumentar os casos de câncer de pele em 3%. Cada vez mais aconselha-se a evitar o sol nas horas em que esteja muito forte, assim como a utilização de filtros solares, únicas maneiras de se prevenir e de se proteger a pele.

OZÔNIO O ar que nos rodeia contém aproximadamente 20% de oxigénio. A molécula de oxigénio pode ser representada como O 2, ou seja, dois átomos de oxigénio quimicamente ligados. De forma simplista, é o oxigénio molecular que respiramos. A molécula de ozono é uma combinação molecular mais rara dos átomos de oxigénio, sendo representada como O 3. Sobre a formação, o ozono estratosférico forma-se geralmente quando algum tipo de radiação ou descarga eléctrica separa os dois átomos da molécula de oxigénio (O 2), que então se podem recombinar individualmente com outras moléculas de oxigénio para formar ozono (O 3). Curiosamente, a radiação ultravioleta também contribui para a formação de ozono. 26

Formação da molécula de Ozônio (O3) = união de uma molécula de oxigênio (O2) e um oxigênio livre  A camada de ozônio forma-se e destrói-se por fenómenos naturais, mantendo um equilíbrio dinâmico, não tendo sempre a mesma espessura. A espessura da camada pode assim alterar-se naturalmente ao longo das estações do ano e até de ano para ano. O avião a jato interfere na camada de ozônio. Os motores de aviões produzem óxidos de nitrogênio (NO e NO 2), que têm dois grandes impactos na troposfera superior: Eles formam ozônio e eles destroem o metano. Ambos, ozônio e metano são gases de efeito estufa. Em uma escala global, ambos os efeitos quase se anulam. Na escala local, um aquecimento por formação de ozono nos corredores de vôo, compensa o resfriamento global causado pela depleção de metano.  A formação de ozono é um processo local e temporário, uma vez que o ciclo de vida do ozono é curto. Observa-se um aumento de cerca de 6% em um corredor de vôo em comparação com locais onde não há aviação. Estima-se que, em 2050, com o aumento do tráfego aéreo, esse aumento poderá alcançar 12% nesses corredores.

AS INDÚSTRIAS DE SPRAYS/REFRIGERAÇÃO E A CRIAÇÃO DO CFC  Até os anos 1920 o fluido utilizado para aquecimento e/ou refraigeração era a amónia ou dióxido de enxofre. Esses gases são venenosos e causam um cheiro desagradável. No caso de vazamento podem ocasionar envenenamento naqueles que se encontram próximos aos equipamentos de refrigeração. Iniciou-se então a pesquisa para encontrar um gás substituto que fosse líquido em condições ideais, circulasse no sistema de refrigeração e, em caso de vazamento, não causasse danos aos seres vivos.  As pesquisas da indústria química voltada à refrigeração concentraram-se num gás que não deveria ser venenoso, inflamável, oxidante, não causasse irritações nem queimaduras e não atraísse insetos. Nas pesquisas foram testados diversos gases e fluidos, sendo escolhida uma substância que se chamaria de clorofluorcarboneto (CFC). Os CFCs passaram a constituir os equipamentos de refrigeração, condicionadores de ar, como propelentes de sprays, solventes industriais, espumas isolantes e componentes electrónicos. 27

CLOROFLUORCARBONO E A DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO  As moléculas de clorofluorcarbono (também chamadas de “Freon”)  ao serem lançadas na atmosfera, ganham altitude. passando intactas pela troposfera. Em seguida essas moléculas atingem a estratosfera, onde os raios ultravioletas do sol aparecem em maior quantidade. Esses raios quebram as partículas de CFC (Cloro Flúor Carbono) liberando o átomo de cloro. Este átomo, então, rompe a molécula de ozônio (O3), formando monóxido de cloro (Cl O) e oxigênio (O2).  A reação tem continuidade e logo o átomo de cloro libera o de oxigênio que se liga a um átomo de oxigênio de outra molécula de ozônio, e o átomo de cloro passa a destruir outra molécula de ozônio, criando uma reação em cadeia.

Como se pode observar, o cloro que veio do CFC age como um catalisador, não sendo consumido no processo e, por isso, os cientistas dizem que sua ação na atmosfera pode continuar por 50 anos. Uma vez liberto, um único átomo de cloro destrói cerca de 100 000 moléculas de ozono antes de regressar à superfície terrestre, muitos anos depois. Por outro lado, existe a reação que beneficia a camada de ozônio: Quando a luz solar atua sobre óxidos de nitrogênio, estes podem reagir liberando os átomos de oxigênio, que se combinam e produzem ozônio. Estes óxidos de nitrogênio são produzidos continuamente pelos veículos automotores, resultado da queima de combustíveis fósseis. Existem estudos mostrando que, em corredores aéreos, onde os jatos liberam produtos de combustão com óxidos de nitrogênio, existe uma quantidade maior do ozônio. Infelizmente, a produção de CFC, mesmo sendo menor que a de óxidos de nitrogênio, consegue, devido à reação em cadeia já explicada, destruir um número bem maior de moléculas de ozônio que as produzidas pelos automóveis, aviões, e outras máquinas.

O BURACO  A região mais afetada pela destruição da camada de ozônio é a Antártida. Nessa região, principalmente no mês de setembro, quase a metade da concentração de ozônio é misteriosamente 28

sugada da atmosfera. Esse fenômeno deixa à mercê dos raios ultravioletas uma área de 31 milhões de quilômetros quadrados, maior que toda a América do Sul, ou 15% da superfície do planeta.

Este mapa mostra a concentração de ozônio na atmosfera em 1995. O buraco na camada de ozônio está no centro, representado pelas cores azul claro e azul escuro.

Esta figura mostra a evolução do buraco da camada de ozônio de 1979 até 1992. Nas demais áreas do planeta, a diminuição da camada de ozônio também é sensível; de 3 a 7% do ozônio que a compunha já foi destruído pelo homem. Mesmo menores que na Antártida, esses números representam um enorme alerta ao que nos poderá acontecer, se continuarmos a fechar os olhos para esse problema. Felizmente, estudos recentes mostram que o buraco na camada de ozônio da Antártida pode fechar nos próximos 50 anos, se políticas anti-emissão de CFC forem tomadas por todo o mundo.

Por que a Antártida é mais afetada? Em todo o mundo, as massas de ar circulam, sendo que um poluente lançado no Brasil pode atingir a Europa devido às correntes de convecção. Na Antártida, por sua vez, devido ao rigoroso inverno de seis meses, essa circulação de ar não ocorre e, assim, formam-se círculos de convecção exclusivos daquela área. Os poluentes atraídos durante o verão permanecem na Antártida até a época de subirem para a estratosfera. Ao chegar o verão, os primeiros raios de sol quebram as moléculas de CFC encontradas nessa área, iniciando a reação. Em 1988, foi constatado que, na atmosfera da Antártida, a concentração de monóxido de cloro é cem vezes maior que em qualquer outra parte do mundo. 29

Medidas tomadas mundialmente para evitar a degradação da camada de ozono Cerca de dois anos após a descoberta do buraco do ozono sobre a atmosfera da Antárctica, os governos de diversos países, entre os quais a maioria dos países da União Europeia, assinaram em 1987 um acordo, chamado Protocolo de Montreal, com o objetivo de recuperar a concentração de ozônio na alta atmosfera. O único método conhecido de proteção da camada do ozono é limitar a emissão dos produtos que a danificam e substitui-los por outros mais amigos do ambiente, como os hidrofluorcarbonetos.  Assim sendo, mais de 60 países comprometeram-se a reduzir em 50% o uso de CFC até finais de 1999, com o Protocolo de Montreal, com o objetivo de reconstituir a concentração de ozônio na alta atmosfera. Na Conferência de Londres, em 1990, concordou-se em acelerar os processos de eliminação dos CFC, impondo a interrupção total de sua produção até ao ano de 2000, tendo sido criado um fundo de ajuda aos países em desenvolvimento para esse fim. Os Estados Unidos, Canadá, Suécia e Japão anteciparam essa data para 1995 e a UE decidiu parar com a produção até Janeiro de 1996. Segundo a Organização Meteorológica Mundial, o Protocolo de Montreal tem dado bons resultados, uma vez que foi registada uma lenta diminuição da concentração de CFC na baixa atmosfera após um máximo registado no período de 1992/1994. Em meados da década de 80, o consumo mundial total de CFC era aproximadamente de 1,1 milhão de toneladas PAO (potencial de esgotamento da camada de ozônio). No fim dos anos 90, esse número caiu para 150 mil toneladas graças ao Protocolo de Montreal. Se não fossem tomadas medidas, calcula-se que o consumo de CFC teria alcançado 3 milhões de toneladas em 2010, o que produziria um esgotamento de 50% da camada de ozônio. Em Fevereiro de 2003, cientistas neozelandeses anunciaram que o buraco na camada de ozono sobre a Antártida poderá estar fechado em 2050, como resultado das restrições internacionais impostas contra a emissão de gases prejudiciais. Mesmo assim, a luta pela restauração da camada de ozônio tem que continuar, pois os CFCs têm um tempo de vida longo. Os cientistas preveem que o aparecimento anual do buraco do ozônio no Polo Sul dure ainda vários anos. O êxito do Protocolo de Montreal evidencia o sucesso da cooperação entre países e organizações internacionais para um fim comum. Só o cumprimento integral e continuado das disposições do Protocolo por parte dos países desenvolvidos e dos países em desenvolvimento poderá garantir a recuperação total da camada de ozônio.

No Brasil ainda há pouco com que se preocupar No Brasil, a camada de ozônio ainda não perdeu 5% do seu tamanho original, de acordo com os instrumentos medidores do INPE (Instituto de Pesquisas Espaciais). O instituto acompanha a movimentação do gás na atmosfera desde 1978 e até hoje não detectou nenhuma variação significante, provavelmente pela pouca produção de CFC no Brasil em comparação com os países de primeiro mundo. No Brasil, apenas uma pequena fração dos sprays utilizam CFC, já que uma mistura de butano e propano é significativamente mais barata, funcionando perfeitamente em substituição ao clorofluorcarbono.

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Medidas que cada um pode tomar Os primeiros passos, e mais importantes, são a procura de informação: devemos todos estar informados sobre o problema e o que o causa, utilizando como fontes de informação publicações, escolas, bibliotecas públicas, Internet, etc. Como já foi referido, a única maneira de reparar a camada de ozônio é parar a produção/liberação de CFCs e outros gases que destroem o ozônio.  Assim, podemos:  

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Tentar usar produtos rotulados como “amigos do ozônio”;  Assegurar que os técnicos que reparam os frigoríficos e aparelhos de ar-condicionado recolham e providenciem o destino correto para os CFCs de modo a que estes não sejam libertados para a atmosfera; Verificar regularmente se não há vazamentos nos aparelhos de ar-condicionado dos carros/casas; Pedir para substituir o gás do ar condicionado do carro/casa caso o aparelho necessite de uma grande reparação;  Ajudar a criar um programa de recuperação e reciclagem adequados na área onde residimos; Trocar extintores de incêndio que usem “halon” por outros que usem compostos alternativos (ex. dióxido de carbono ou espuma); Sugerir atividades escolares com o objetivo de aumentar a consciência ecológica.

OS SUBSTITUTOS DOS CFCs (NÃO SÃO PERFEITOS...) Para evitar a destruição da camada de ozônio, os CFCs passaram a ser substituídos por outros gases, como hidroclorofluorcarbonos (HCFC), hidrofluorcarbonos (HFC) e perfluorcarbonos (PFC). Muito embora essas novas opções realmente não sejam nocivas à camada de ozônio, foi percebido que esses gases provocam outro problema: promovem o aquecimento global contribuindo para a formação do efeito estufa. Pesquisas da ONU confirmam que os gases HFC (Hidrofluorcarbonetos), que se consolidaram como substitutos aos CFCs em geladeiras e ar condicionados, possuem um potencial de aquecimento global até 14.760 maior que o CO2. Sendo assim, a indústria deve tentar desenvolver outros gases para usar como alternativa para usar em sprays, refrigeradores e condicionadores de ar. Não podem ser os CFCs por destruírem a camada de ozônio nem os HFCs por provocarem o efeito esfufa. As alternativas que atendem a esses requisitos são um pouco mais desafiadoras por serem mais caras, poderem provocar cheiro ruim se vazarem, entre outros. Novos gases que vêm sendo usados para esse fim são a amônia (NH3), o CO2 e os hidrocarbonetos.

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Polêmica acerca dos CFCs Embora grande parte da comunidade científica apoie a teoria de destruição da camada de ozônio causada pelos CFCs (Clorofluorocarbonetos), existe uma pequena parte que defende o contrário. Dentre os defensores dessa outra teoria pode-se destacar o professor de climatologia da USP Ricardo Augusto Felício. Em seu artigo acadêmico, OS MITOS SOBRE O OZÔNIO: UM RESGATE DAS ORIGENS DA DISCUSSÃO, o professor expõe que nunca foi provado que a presença de cloro na base da estratosfera tem origem dos CFCs. Indica que as fontes naturais de cloro são muito mais expressivas que as antropogênicas. A crítica se estende ao fato de que a maior produção de CFCs é no hemisfério norte e, no entanto, o “buraco” na camada de ozônio é maior no polo sul. A maior polêmica que o professor cita seria a interferência de indústrias produtoras dos substitutos dos CFCs, na comunidade científica, para atestarem os malefícios dos CFCs que curiosamente tinham suas patentes prestes a vencer, ou seja, qualquer indústria poderia fabricá-los sem pagamentos de royalties.

F SICA DOS GASES: Importância: Noventa e nove por cento da atmosfera terrestre existe abaixo de 32km, estando a maior diferença de pressão entre o nível do mar até cerca de 5000 ft. Devido às variações de altitude durante um vôo, temos que a pressão não é constante e, em decorrência disto, variam também seus efeitos fisiológicos no aeronavegante.  As propriedades dos gases são as mais notáveis, por seus efeitos no corpo humano (hipóxia, descompressão, bloqueio auditivo, etc) Leis dos Gases  A lei dos gases perfeitos indica que o produto da pressão pelo volume (P.V) de um gás é diretamente proporcional à temperatura e à quantidade de moléculas do gás:

P.V.= n.R.T. Onde: P = pressão; V = Volume; n = número de moles do gás; T = temperatura; R = constante dos gases perfeitos ( 0,082 atm.l /mo l.K ), Obs: esta constante somente pode ser usada se as unidades das variáveis em questão forem: atmosfera, litro, moles e Kelvin. Obs: 1 mol = 6,02 x 10(elevado a 23) Para achar o numero de moles/mols, usa-se a equação: N = m / M Onde, m = massa do gás / M = massa molar do gás (massa de 1 mol) Da fórmula acima, em um sistema fechado, ou seja, onde não exista entrada ou saída de moléculas de gás, podemos concluir que n  e R    são constantes. Nestes casos, é possível analisar as variáveis Pressão, Volume e Temperatura, em um sistema fechado, em 2 momentos distintos, onde elas sofrem uma determinada alteração. Teremos então a fórmula abaixo: 32

Onde P1, V1 e T1  representam respectivamente pressão, volume e temperatura do gás na situação inicial. P2, V2 e T2 representam as mesmas variáveis já descritas, porém com valores distintos dos anteriores, uma vez que o gás sofreu alguma alteração.  A equação da Lei dos Gases indica que, para um volume fixo de gás, a pressão aumenta  junto com a temperatura. A pressão é a medida da força aplicada pelo gás nas paredes do recipiente e é ligada à energia do sistema. Assim, pode-se ver que um aumento da temperatura corresponde a um aumento da energia térmica do sistema.

I- Lei de Boyle-Mariotti Enunciado: "O volume de um gás é inversamente proporcional à pressão, em um sistema onde a temperatura é mantida constante".

Considerando um sistema fechado (não sai nem entra moléculas de gás) com temperatura constante, à medida que o volume diminui, a pressão aumenta. Na figura, é isso que acontece quando passamos do sistema (a) para o sistema (b). Da Lei Geral dos Gases, podemos extrair a equação que demonstra essa afirmativa. Como a temperatura é constante, basta remover esta variável de ambos os lados da equação, como demonstrado a seguir:

Exemplos: Existem cavidades no Corpo Humano que podem ter seus orifícios de comunicação com o meio externo fechados por motivo de inflamação, alergia, traumas etc. N estes casos, em situações onde existe alteração da pressão ambiente, ocorrerá mudança do volume do ar contido nessas cavidades, gerando dor. É o que ocorre no ouvido médio (baro-otite), seios da face (baro-sinusite), estômago e intestinos (distensões abdominais).

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II- Lei de Charles Enunciado: “A pressão de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura,   em um sistema onde o volume é mantida constante” Da Lei Geral dos Gases, podemos extrair a equação que demonstra essa afirmativa. Como o volume é constante, basta remover esta variável de ambos os lados da equação, como demonstrado a seguir:

 A maior parte dos frascos de spray trazem o seguinte aviso de segurança: “não aquecer mesmo após vazio”. Isto pois, na verdade, eles não ficam realmente vazios. Quando não mais ocorre saída de gás ao acionar seu dispositivo de liberação, significa que a pressão dentro do frasco se igualou à pressão ambiente, mas não significa que ele esteja vazio, pois sempre fica uma quantidade residual de gás. Assim, ao jogar um desses frascos “vazios” no fogo, à medida que a temperatura aumenta, a pressão do gás restante aumenta podendo explodir o recipiente e ferir as pessoas ao seu redor.

III- Lei de Dalton Enunciado: "A pressão total de uma mistura de gases é a soma de cada pressão parcial individual." Na fórmula abaixo, PT significa a pressão total exercida pelos gases de um sistema fechado e P1, P2, P3..., significam a pressão parcial de cada um dos gases que compõem a mistura:

Isto significa que, dentro de um cilindro de ar comprimido, cada gás exerce pressão correspondente à sua quantidade percentual na mistura. Assim, ao comprimirmos o ar da troposfera, o nitrogênio será o gás que mais participará na manutenção da pressão total do sistema, seguido pelo oxigênio.  A porcentagem de cada gás permanece a mesma no cilindro. 34

IV- Lei de Henry Enunciado: "A quantidade de gás em uma solução varia diretamente com a pressão parcial daquele gás na solução. Quando a pressão de um gás cai, a quantidade de gás dissolvido também diminui (e vice-versa), até o equilíbrio junto à atmosfera de exposição." Na fórmula a seguir, estudamos as alterações sofridas na quantidade de gás dissolvida em um líquido, quando alteramos a pressão parcial deste gás no ambiente que o cerca. Assim, temos 2 momentos de observação: um inicial e outro posterior. P1 significa a pressão parcial do gás no ambiente e A1 significa a quantidade do mesmo gás dissolvida no líquido, no momento inicial. P2 e A2 significam as mesmas variáveis anteriores, mas em um momento posterior, quando elas sofreram alteração de seus valores:

Exemplo: Em um avião não pressurizado, os gás de uma garrafa de refrigerante aberta é liberado mais rapidamente quando a altitude aumenta, pois, consequentemente, a pressão ambiente diminui.

Em uma garrafa de refrigerante tampada, a pressão parcial do gás no espaço sobre o líquido é alta, mantendo igualmente alta a quantidade desse mesmo gás dissolvida no líquido.

V- Lei de Graham – Lei da difusão dos gases. Enunciado: "Um gás tende a passar de uma região de alta pressão para outra de baixa pressão", ou seja, ele tende a deslocar do local onde está mais concentrado para o local onde está menos concentrado. Exemplo: Dentro dos pulmões, o oxigênio passa do ar (ambiente onde a pressão de O 2 é mais alta) para o sangue venoso (ambiente onde a pressão de O 2 é mais baixa).

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Tabela Resumo: Lei dos Gases Boyle Charles Dalton Henry Difusão dos gases

A quantidade de um gás dissolvido em um líquido depende da pressão parcial desse gás na atmosfera que envolve o líquido. Um gás tende a passar de uma região de alta pressão para outra de baixa pressão.

UM POUCO DE HISTÓRIA: De onde veio o termo: temperatura Kelvin, ou escala absoluta de temperatura? Físico e matemático britânico, Lord Kelvin nasceu em Belfast Irlanda do Norte a 26/06/1824 e faleceu em Netherhall, a 17/12/1907. O seu nome era Wiliam Thomson.

Wiliam Thomson = Lord Kelvin ESCALA DE KELVIN  As propriedades do calor foram um dos temas preferidos de Kelvin. Analisou com mais profundidade as descobertas de Jacques Charles sobre a variação de volume dos gases em função da variação de temperatura. Charles concluíra que à temperatura de  –273ºC todos os gases teriam volume igual a zero. Kelvin chegou a outra conclusão: não era o volume que se anularia a essa temperatura, mas sim a energia cinética das suas moléculas.  A temperatura interfere na energia cinética de uma matéria, alterando seu estado (sólido, líquido ou gasoso): 36

Sólido - Temperatura baixa: moléculas estão agrupadas em ordem. Pouco movimento (ou energia cinética). Mas eles ainda vibram, o volume do elemento é relativamente compacto Líquido - Temperatura média: moléculas perdem a ordem e se movimentam mais livremente (mais energia cinética), aumenta o volume Gás - Temperatura alta: moléculas estão livres e se movimentam com mais energia cinética. O volume está bem maior  Apartir dessas observações, William Thompson (Barão de Kelvin), decidiu criar a sua escala baseado no nível de energia cinética das moléculas. '0 grau Kelvin': É a temperatura em que se anula a Energia Cinética das moléculas de um gás. Em Português simplificado, as moléculas do gás param de se mexer - Na verdade, não param por completo mas chega bem perto. Portanto '0 Kelvin' é conhecido como "zero absoluto" também (273 graus mais frio do que o gelo!), daí sua definição de escala absoluta. Sugeriu então que a temperatura 0 Kelvin (-273º C ) devia ser considerada a mais baixa possível e chamou-a de zero absoluto. Kelvin também concluiu que é impossível utilizar toda a energia de um sistema na forma de trabalho. Uma parte dessa energia é inevitavelmente perdida na forma de c alor. Mais tarde, estudos teóricos baseados na 2.ª lei da Termodinâmica confirmaram estes valores; ou seja, o zero absoluto encontra-se, de facto, a  –273,15ºC. No entanto este valor é impossível de ser alcançado, por ser puramente teórico: pressão e volume de um gás seriam nulos a esta temperatura o que corresponderia a uma aniquilação da matéria. Para além disso, nessas condições todas as substâncias se encontrariam já em estado sólido e não gasoso. A temperatura mais próxima, atingida até ao momento, dista apenas de 1 nK (10 K) do zero absoluto. A título de exemplo, o hélio, que é de todas as substâncias a que tem pontos de ebulição e de fusão mais baixos, solidifica a 0,95 K. Assim, o valor de 273,15 ºC é denominado zero absoluto teórico.  A diferença fundamental entre a escala Kelvin e a escala centígrada consiste no facto de na escala Kelvin não haver temperaturas negativas, uma vez que o zero desta escala corresponde à temperatura mais baixa possível e recebe o nome de zero absoluto de temperaturas. Nesta escala, as temperaturas de fusão do gelo e de ebulição da água são de 273 K e 373 K, respectivamente. Para converter uma temperatura na escala Celsius para a correspondente na escala de Kelvin: K= ºC+273

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SISTEMA RESPIRAT RIO: Definição: é o conjunto de órgãos responsáveis pela entrada, filtração, aquecimento, umidificação e saída de ar do nosso organismo. Faz as trocas gasosas do organismo com o meio ambiente, oxigenando o sangue e possibilitando que ele possa suprir a demanda de oxigênio do indivíduo para que seja realizada a respiração celular. O processo de troca gasosa no pulmão (oxigênio por dióxido de carbono) é conhecido como hematose pulmonar. A função do sistema respiratório é basicamente garantir a hematose, mas também ajuda a regular a temperatura corpórea, o ph do sangue e liberar água. Definição de termos: 1) VENTILAÇÃO PULMONAR: são processos que visam a renovação do ar da via aérea condutora de ar para os pulmões, e do espaço alveolar, que ocorre durante os períodos da inspiração e da expiração pulmonar. 2) RESPIRAÇÃO CELULAR: são processos bioquímicos intracelulares compostos por reações de óxido-redução que consomem oxigênio e nutrientes para produzir a enegia biológica que é utilizada nas funções celulares. 3) HEMATOSE PULMONAR: é um processo que envolve a troca entre os gases (oxigênio e gás carbônico) dos alvéolos e do sangue capilar pulmonar. Não confunda hematose com ventilação pulmonar que é a renovação do ar da via aérea condutora e dos alvéolos.  Assim, é incorreto dizer “respiração boca a boca”, pois o mais adequado é dizer “ventilação boca a boca”.

Os órgãos do sistema respiratório: Podemos dividir o Sistema respiratório em 2 partes: Vias aéreas e pulmões.

1) Vias respiratórias São assim denominadas as estruturas responsáveis pelo transporte do ar aos pulmões no organismo humano. Essas estruturas são anatomicamente separadas em:     

Fossas nasais (nasofaringe) Faringe Laringe Traquéia Brônquios, subdivididos em: Brônquios principais Brônquios lobares Brônquios segmentares Bronquíolos (respiratórios e terminais)  Alvéolos o o o

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Em condições normais de respiração, o ar passa pelas fossas nasais onde é filtrado por pêlos e muco, umidificado e aquecido pelos capilares sanguíneos sob o epitélio respiratório (tecido altamente vascularizado). O epitélio respiratório (pseudoestratificado, ciliado, não-queratinizado) é a mucosa que reveste boa parte do trato respiratório, se extendendo das fossas nasais até os brônquios. Esse epitélio é reponsável pela filtração, aquecimento, e umidificação do ar inspirado. A filtração é possível graças à presença de muco secretado pelas células caliciformes e dos cílios que orientam seus batimentos em direção à faringe, impedindo a entrada de partículas estranhas no 38

pulmão; enquanto o aquecimento é garantido pela rica vascularização do tecido, principalmente nas fossas nasais.  A laringe tem importante função ao impedir a entrada de alimento nas vias aéreas inferiores e garantir a fonação. Ela é formada por nove peças de cartilagem, dentre elas, a cartilagem tireóide, que possui uma forma proeminente conhecida como “proeminência laríngea ou pomo -de-adão”. Por cima da estrutura da laringe, se encontra a cartilagem epiglótica, mobilizável pelos músculos da laringe para fechar a epiglote durante a deglutição.  As cordas vocais são duas pregas músculo-membranosas presentes na parede posterior da cartilagem tireóide, que aumentam ou reduzem a luz da rima da glote (abertura entre as cordas vocais) produzindo sons durante a passagem de ar.  A traquéia é formada por anéis incompletos de cartilagem em forma de "C", feixes musculares lisos, uma capa interna de epitélio respiratório, e mais externamente de tecido conjuntivo que envolve todas essas estruturas. Inferiormente se subdivide e dá origem a dois brônquios que penetram pelo hilo do pulmão. O brônquio principal direito é mais curto e bastante vertical, como se fosse o prolongamento da traquéia. Dessa forma, quando uma criança aspira um corpo estranho pequeno, ele provavelmente deverá passar pelo brônquio principal direito até chegar no pulmão direito. Já o brônquio principal esquerdo é mais horizontalizado e mais longo, uma vez que deve contornar o coração antes de alcançar o pulmão esquerdo.

Figura: Observar que o Brônquio Principal Direito é mais curto e mais vertical que o esquerdo.

2) Pulmões: Os pulmões do ser humano são os principais órgãos do sistema respiratório, responsáveis pelas trocas gasosas entre o ambiente e o sangue. São dois órgãos de forma piramidal, de consistência esponjosa medindo mais ou menos 25 cm de comprimento. Os pulmões são compostos de brônquios que se dividem em bronquíolos e alvéolos pulmonares. Os alvéolos totalizam-se em um total de 350 milhões e são estruturas saculares que se formam no final de cada bronquíolo e têm em sua volta os chamados capilares pulmonares. Nos alvéolos se dão as trocas gasosas ou hematose pulmonar entre o meio ambiente e o corpo, com a entrada de oxigênio na hemoglobina do sangue (formando a oxiemoglobina) e saída do gás carbônico ou dióxido de carbono (que vem da célula como carboemoglobina) com dos capilares para o alvéolo. 39

Figura: Alvéolos envoltos em rica rede capilar. O oxigênio (esferas azuis) passa do ar para o sangue, sendo transportado pelas arteríolas. Os pulmões humanos são divididos em segmentos denominados lobos. O pulmão esquerdo possui dois lobos e o direito possui três. Os pulmões são revestidos externamente por uma membrana chamada pleura. Fisiologicamente, também podemos dividir o sistema respiratório em:  

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Zona condutiva: formada pelas estruturas responsáveis pela condução do ar. Extende-se da cavidade nasal até o bronquíolo terminal ( aparece na 16ª divisão da “árvore traqueal”); Zona intermediária: formada por estruturas com função mixta: condução do ar e trocas gasosas. É representada pelo bronquíolo respiratório, o qual possui áreas de condução exclusiva e áreas com saculação onde é feita troca de O 2 e CO2 entre o ar e o sangue; Zona respiratória: formada por estruturas que possuem 100% do seu revestimento interno especializado para realizar trocas gasosas. Seus componentes são: Ducto alveolar e Saco alveolor.

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Figura: Divisão do Sistema Respiratório de acordo com a função de transporte de ar e/ou de trocas gasosas.

VENTILAÇÃO PULMONAR: Na ventilação pulmonar, o ar entra e sai dos pulmões devido à expansão/contração da caixa toráxica e à contração/relaxamento do diafragma. O diafragma é um músculo laminar que separa o tórax do abdome. Quando o diafragma se contrai, ele aumenta o volume dos pulmões, o que diminui sua pressão interna. Conjuntamente, a musculatura intercostal eleva as costelas aumentando o diâmetro do tórax. Assim, o ar rico em oxigênio do meio ambiente (local de maior pressão) flui para dentro dos pulmões (local de menor pressão). Esse processo chamado de inspiração. Quando o diafragma relaxa, a pressão dentro dos pulmões aumenta e o ar que estava no seu interior agora sai com o gás carbônico. As costelas tabém passam de sua situação horizontalizada para uma posição mais pendente, reduzindo o volume da caixa toráxica. Esse processo é denominado: expiração.  As pessoas podem parar de respirar espontaneamente, mas ninguém consegue ficar sem respirar por mais de alguns minutos. Isso, porque a concentração de gás carbônico no sangue fica tão alta que o corpo não conseque mais fornecer energia para as células e o bulbo (parte do sistema nervoso que forma o encéfalo) manda impulsos nervosos para o diafragma e os músculos intercostais, para que se contraiam e a respiração volte a ser executada normalmente.  A inspiração e a expiração são processos passivos do pulmão já que ele não se movimenta, isso fica a cargo do diafragma, dos músculos intercostais e da expansibilidade da caixa torácica, que garante a conseqüente expansão do pulmão graças à coesão entre pleura parietal (fixa na caixa torácica) e a pleura visceral (fixa no pulmão). O ar inspirado, rico em oxigênio, passa pelas vias respiratórias, sendo filtrado, umedecido, aquecido e levado aos pulmões. No íntimo pulmonar o oxigênio do ar inspirado entra na circulação sanguínea e o dióxido de carbono do sangue venoso é liberado nos aovéolos para que seja eliminado com o ar expirado. O ar expirado é pobre em oxigênio, rico em dióxido de carbono e segue caminho oposto pelo trato respiratório.  A respiração é um processo "semi-automático", que permite a intervenção do sistema nervoso central, mas normalmente é controlada pelo bulbo (que controla a amplitude e frequência da respiração), o diafragma é controlado pelo nervo frênico. O bulbo é sensível às variações de pH do sangue. Ao faltar oxigênio na corrente sanguínea, ocorre um aumento da concentração do ion bicarbonato ( HCO 3− , forma na qual ocorre a maior parte do transporte de CO 2  no sangue) de 41

caráter ácido, acarretando uma redução do pH e a consequente resposta do bulbo a esta variação, que consiste em aumentar a frequência respiratória.

ESPIROMETRIA: VOLUMES E CAPACIDADES PULMONARES Existem 4 volumes e 4 capacidades relacionados à fisiologia do sistema respiratório. Cada um dos volumes representa a quantidade de ar em determinado momento do ciclo respiratório. O espirógrafo (exame = espirometria) é o aparelho que realiza todas essas verificações, com as quais observamos as alterações por doenças obstrutivas e outras patologias pulmonares.

Figura: Volumes e Capacidades dos Pulmões

VOLUMES PULMONARES Os volumes pulmonares são: volume corrente, volume residual, volume de r eserva inspiratória e volume de reserva expiratória. O volume corrente é, em repouso, de 0,5L a cada novo ciclo respiratório. Corresponde ao volume necessário para a manutenção de nosso organismo em repouso. Aproximadamente 0,35L atingem os alvéolos e 0,15L ocupam as vias aéreas superiores. Em exercício, primeiro inspiramos mais (VRI) e depois, com o aumento da atividade física, passamos a expirar mais (VRE). Os volumes de reserva (VRI e VRE) diminuem com o esforço f ísico. O VRI se relaciona com a elasticidade pulmonar, enquanto o VRE se relaciona com a força de compressão do diafragma e dos músculos da caixa torácica. O volume residual depende do volume do tórax, motivo pelo qual está diminuído em derrames pleurais. O pneumotórax diminui TODOS os volumes pulmonares.

CAPACIDADES PULMONARES  As capacidades pulmonares correspondem à soma de um volume com outro. Assim temos: Capacidade Total = VR+VRE+VC+VRI; Capacidade Vital = VRE+VC+VRI; Capacidade Residual Funcional = VR+VRE; Capacidade Inspiratória = VC+VRI. Observar que a soma de CI e CRF é igual à CT.

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 A CI é o volume máximo de ar (VC+VRI) que conseguimos inspirar depois da expiração normal. Representa, em outras palavras, a capacidade máxima de volume de ar que podemos inspirar.  A CRF corresponde ao ar que pode ser expirado depois da expiração normal (VRE) e ao ar que resta nos pulmões ao final desta expiração forçada (VR).  A CV corresponde aos limites máximos de inspiração e expiração. Ou seja, é o volume obtido por uma expiração máxima que segue uma inspiração máxima.  A CT é a extensão volumétrica total dos pulmões. Não há significado fisiológico ou patológico nesta verificação. A CT é dependente da massa corporal. Tabela de Resumo

Volumes Pulmonares: volume corrente (VC=0,5L); volume de reserva inspiratório (VRI=3L): volume de reserva expiratório(VRE=1,5L); volume residual (VR=1L).

Capacidades pulmonares: capacidade inspiratória (CI=VC + VRI); capacidade residual funcional (CRF=VRE + VR); capacidade vital (CV=VC+VRI+VRE); capacidade total (CT=VC+VRI+VRE +VR);

Obs 1: durante o exercício físico: ↑VC ↓VRI ↓VRE =CI ↑CV

RESPIRAÇÃO CELULAR: O processo básico da respiração é a oxidação da glicose, que se pode expressar pela seguinte equação química: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia Os fenômenos da respiração, se processam em duas etapas: Etapa 1: Glicólise Etapa 2: Oxidação do piruvato através de um de dois processos: 2.1) Respiração aeróbica 2.2) Respiração anaeróbica

1) Glicólise:  A glicólise deriva do grego e quer dizer "quebra do açúcar". É a sequência de reacções que converte a glicose em ácido pirúvico com a concomitante formação do ATP. A glicólise nas células eucariotes ocorre no citoplasma. Nesta fase, de cada molécula de glicose consomem-se 2 ATP que funcionam como energia de activação e formam-se 4 ATP e 2 NADH, o que dá um saldo de 2 ATP por cada molécula de glicose utilizada.  A reação global da glicólise é:

C6H12O6 + 2ADP (Glicose)

2 C3H4O3 + 2ATP ( cido pirúvico)

2) Oxidação do piruvato De acordo com o tipo de metabolismo, existem duas sequências possíveis para a oxidação do piruvato proveniente da glicólise: respiração aeróbica e respiração anaeróbica.

2.1) Respiração aeróbica  A respiração aeróbia requer oxigênio. Cada piruvato que entra na mitocôndria e é oxidado a um composto com 2 carbonos (acetato) que depois é combinado com a Coenzima-A, com a produção de NADH e libertação de CO2. De seguida, inicia-se o ciclo de Krebs. Neste processo, o grupo acetil é combinado com compostos com 4 carbonos formando o citrato (6C). Por cada ciclo 43

que ocorre liberta-se 2CO2, NADH e FADH2. No ciclo de Krebs obtém-se 2 ATPs. Numa última fase - cadeia transportadora de elétrons (ou fosforilação oxidativa) os elétrons removidos da glicose são transportados ao longo de uma cadeia transportadora, criando um gradiente protónico que permite a fosforilação do ADP. O aceptor final de elétrons é o O2, que, depois de se combinar com os elétrons e o hidrogênio, forma água. Nesta fase da respiração aeróbia a célula ganha 32 moléculas de ATP. Isso faz um total ganho de 36 ATP durante a respiração celular em que intervém o oxigênio.

Figura: Respiração aeróbica. Saldo: 1 glicose = 36 ATP’s

2.2) Respiração anaeróbica Neste processo, acontecem cerca de 12 reações químicas para produzir ATP e envolve um receptor de eléctrons diferente do oxigênio. Produz 4 ATP e consome 2, produzindo um saldo de apenas 2 ATP. Por ser pouco eficiente na produção de ATP’s, a respiração anaeróbica só ocorre em situações onde o oxigénio é escasso (ex: exercício físico intenso) e dura pouco tempo: cerca de 90 segundos. Este sistema não precisa de oxigênio, o que é bem prático em caso de necessidade imediata de energia, já que o coração e os pulmões levam algum tempo para coordenar suas ações. Há um limite definido para a respiração anaeróbica por causa do seu produto metabólico: o ácido láctico (ácido que faz os seus músculos doerem). O ácido láctico se acumula no tecido muscular e causa a fadiga e a dor que você sente nos músculos que se exercitam em excesso.

TRANSPORTE DOS GASES NO SANGUE Hemoglobina Estrutura  A hemoglobina é um tetrâmero composto de dois tipos de cadeias de globina. Cada uma dessas cadeias contém cerca de 141 aminoácidos. Cada uma das 4 globinas possui um grupo heme 44

com um íon de ferro 2+ no seu centro, o qual liga a molécula de O 2. É uma proteína alostérica, pois a ligação e a liberação do oxigênio é regulada por mudanças na estrutura provocadas pela própria ligação do oxigênio ao grupo heme.

Estrutura da Hemoglobina

Tipos de Hemoglobina  Embrionária: Gower 1 (ξ2ε2) Gower 2 (α2ε2) Hemoglobina de Portland (ξ2γ2)  Fetal: Hemoglobina F (α2γ2)   Adultos: Hemoglobina A (α2β2) - O tipo mais comum. Hemaglobina A2 (α2δ2) - cadeias δ são sintetizadas no último trimestre após o parto, seu nível normal é de aproximadamente 2,5% Hemoglobina F (α2γ2) - No adultos a Hemoglobina F é restrita a uma população de células vermelhas (hemácias) chamadas células F. Hemoglobina S – presente na anemia faciforme o o o

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Distribuição do Oxigênio No Ser Humano, a hemoglobina é encontrada dentro de células especializadas, as hemácias. O aumento de glóbulos vermelhos no sangue (eritrocitose) geralmente se dá por uma adaptação fisiológica do organismo em locais de altitude elevada. Uma vez que o aumento de glóbulos vermelhos favorece o transporte de oxigênio pelo sangue, seu uso melhora a performance de atletas, principalmente em esportes que necessitem muita resistência. Quando os atletas realizam treino em locais de alta altitude, a pequena concentração de oxigênio estimula a produção natural de EPO (Eritropoietina, hormônio que aumenta o número de glóbulos vermelhos e da capacidade muscular) e, ao retornar às baixas altitudes, seu corpo está mais preparado e sua resistência está maior. 45

Transporte do Oxigênio De um nível atmosférico (21% x 760 mmHg) , a pressão parcial do O2 cai em 3 estágios antes que o sangue arterial seja enriquecido. Primeiramente, o ar inspirado é umidificado nas VAS, saturando-o com vapor de água (47 mm Hg) , reduzindo a PO2 para aproximadamente 148 mm Hg . No alvéolo, a contínua troca de CO2 por O2 reduz a PO2 para mais ou menos 14,4 kPa (108 mm Hg) e, finalmente, o pequeno shunt fisiológico normalmente presente reduz a PO2 para 13,3 kPa (100 mm Hg). O principal fator que determina a extensão da ligação do O2 à Hb é a PaO2, (pressão parcial de O2) mostrada na clássica figura a seguir.

Figura: Curva de dissociação da hemoglobina, mostrando os pontos normais arterial e venoso.  A parte inicial achatada da curva ocorre porque a ligação da primeira molécula de O 2 causa uma pequena alteração estrutural na Hb , facilitando a ligação sequencial das próximas moléculas de O 2. A forma da curva significa que uma queda na PO 2 no valor arterial normal terá um pequeno efeito na saturação de Hb (e no conteúdo arterial) até que a parte saturada da curva seja alcançada, normalmente por volta de 8 kPa (60 mm Hg). Uma vez que a PO 2  tenha alcançado este nível , futuras quedas na PO 2 irão resultar em quedas dramáticas na saturação de Hb.

Figura: Efeito do CO2 na curva de dissociação da hemoglobina

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Vários fatores podem alterar a afinidade da Hb pelo O 2 , resultando em curvas que se movem para a direita (acidose, aumento da temperatura, aumento do 2,3 DPG  – difosfoglicerato e a ligação do CO2  à molécula de Hb  –  o chamado efeito Bohr) ou para a esquerda   (Hb fetal, alcalose, hipotermia, queda do 2,3 DPG). Um índice da posição da curva de dissociação Hb-O 2 é dada pela P50, a PO2 onde 50% da Hb está saturada.

Figura: Efeito do pH na curva de dissociação da hemoglobina . Movimentos da curva para a direita significam diminuição da afinidade da Hb pelo O2 . Isto é fisiologicamente útil aos tecidos, onde um ambiente levemente acidótico serve para liberar o O2 mais facilmente da Hb. Este é o chamado efeito Bohr. Uma pequena mudança da curva para a esquerda aumenta a afinidade da Hb pelo O 2, produzindo maior saturação de Hb para uma dada PO 2. Isto ajuda a aumentar o carreamento de O 2 nos capilares pulmonares (levemente alcalinos) e é uma grande vantagem no feto, onde a PO 2 é baixa.

Figura: Efeito da temperatura na curva de dissociação da hemoglobina Um grama de Hb pode carrear 1,34 ml de O 2 se totalmente saturada. Na PO 2  de 13,3 kPa (100 mm Hg ) a Hb está normalmente 97% saturada com O 2. Se a concentração de Hb é de 15 g / 47

100ml, o sangue arterial transporta aproximadamente 200 ml O 2  por litro. Com o débito cardíaco (DC) de 5l/min, a quantidade de O 2 na circulação é de aproximadamente 1000ml/min. Desse total, aproximadamente 250 ml/min são utilizados (repouso), resultando em uma saturação venosa de Hb em torno de 75 % . DO2 = CaO2 X DC, onde CaO 2=(PaO2 X 0,003) + (1,34 Hb X SatO2)  A quantidade de O2 dissolvido no plasma é 0,03 ml/litro/mm Hg , aproximadamente 3 ml por litro de sangue em ar ambiente, algo comumente desprezível. Este montante pode aumentar substancialmente com o uso de O 2  hiperbárico, crescendo até o nível adequado para suprir os tecidos através da inalação de O 2  a 100% numa pressão de 3 atmosferas. Esta medida pode ser utilizada por curtos períodos de tempo para sustentar a oxigenação tecidual se a Hb do paciente for insuficiente (baixa) ou inefetiva.

Figura: Transporte de O 2 ligado à Hb e dissolvido no plasma.  A curva de dissociação do CO2 é muito mais linear que curva de dissociação do O 2. Quanto mais baixa a saturação da Hb com O 2, maior a concentração de CO 2  para uma dada PCO 2. É o chamado efeito Haldane, que mostra que “o sangue oxigenado tem menor teor de CO 2  que o reduzido.”

Circunstâncias especiais É útil estudarmos as várias alterações fisiológicas e adaptações que ocorrem em resposta a mudanças nas circunstâncias a que o sistema respiratório é submetido. Assim, poderemos entender mais claramente os diferentes mecanismos fisiológicos já descritos e os efeitos da anestesia e das doenças. Incluimos o seguinte nesse estudo:

Exercício Durante o exercício, o consumo de O2 pode subir dos habituais 250 ml/min para até 3000 ml/min. As respostas a esse aumento da demanda incluem :  Aumento no débito cardíaco  Aumento na ventilação  Aumento na extração de O2 a partir do sangue.  Acima de um determinado nível, mesmo com todas estas alterações, não é possível atender às necessidades teciduais, ocorrendo então metabolismo anaeróbio com produção de ácido lático. 48

Altitude  A resposta ao baixo PO2 arterial resultante da alta altitude é comandada pelos quimiorreceptores periféricos , levando a hiperventilação e aumento do débito cardíaco (DC). Ocorre aumento na PO2 alveolar (por aumento na ventilação alveolar) e consequentemente aumento na PaO2 e decréscimo na PaCO2 . O decréscimo na PaCO2, entretanto, reduz o estímulo a nível dos quimiorreceptores centrais, limitando a hiperventilação. Compensação metabólica ocorre nos próximos 2 a 3 dias, envolvendo um aumento na excreção renal de HCO3- no plasma e no líquido cerebroespinhal . Respostas mais tardias que aumentam o transporte de O2 incluem :  Aumento do 2,3 DPG , desviando a curva de dissociação para a direita. Policitemia.

Feto  A oxigenação do sangue fetal é de responsabilidade da circulação materna via placenta. O sangue que deixa a placenta via veia umbelical tem uma PO2 em torno de 30 mm Hg e um conteúdo de O2 de aproximadamente 130 ml/litro. Os mecanismos através dos quais isso é possível, são : Desvio para a esquerda da curva de dissociação da Hb-fetal com um P50 de apenas 19 mm Hg (comparada com 30 mm Hg da HB do adulto).  Alta concentração de Hb-fetal (18 g/litro ao nascimento). O aumento da concentração de Hb resulta em aumento no transporte de O2 , enquando que o desvio da curva para a esquerda mostra um aumento da afinidade da Hb-fetal pelo O2 e assim , maior saturação em menores PO2 .

EFEITOS DA ALTITUDE SOBRE O AERONAVEGANTE HIP XIA:

Hipóxia Definição:  É a situação onde os tecidos são incapazes de levar adiante os processos oxidativos normais por causa da falência ou do suprimento de O 2 ou por impossibilidade de bem utilizá-lo. Exemplo: A 6.000 metros, o sangue absorve 75% do O 2, porém não pode utilizá-los para os tecidos, porque a pressão parcial de O 2 no sangue é de apenas 42 mm Hg, e a pressão parcial nos tecidos é de 35 mm Hg. Sendo o desnível entre as duas tensões de somente 07 mm Hg, o que corresponde a apenas 10% do normal, não permite a utilização desse O 2  pelos tecidos, levando o indivíduo à anóxia e à morte. OBS.: Normalmente a pO 2 sanguínea ao nível do mar, é de 100 mm Hg, e a dos tecidos, 35 mmHg, dando um desnível de 65 mm HG, no exemplo acima. Classificação: Podemos classificar os tipos de hipóxia em 4 categorias: Hipóxia Hipoxêmica ou hipóxica: Definida por queda na PaO2 . Pode resultar de inadequada PO2 no ar inspirado (como na altitude elevada) , hipoventilação (de causas centrais ou periféricas) ou transferência alvéolo-capilar inadequada (shunt, distúrbios V/Q). Quando a causa é a altitude, podemos chamá- la de “Hipóxia de altitude”.

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Hipóxia anêmica: Como a maior parte do O2 é transportada liga à Hb, anemia pode levar à hipóxia. Mecanismo compensatório imediato é o aumento do débito cardíaco, o qual, no entanto, nem sempre consegue compensar totalmente a queda da Hb. Condições onde a Hb torna-se inefetiva (ex: envenenamento por monóxido de carbono – carbono  – CO)  CO) produzem redução no transporte de O2 semelhante à anemia. Hipóxia circulatória ou estagnante: Se ocorre insuficiência circulatória, mesmo com o conteúdo arterial de O 2  adequado, a liberação para os tecidos não o será. Inicialmente, a oxigenação tecidual é mantida pelo aumento na extração tecidual de O2  , mas à medida que a perfusão dos tecidos piora , este mecanismo vai ficando insuficiente e passa a ocorrer hipóxia. Hipóxia histotóxica: Isto ocorre quando os tecidos são incapazes de utilizar o O 2  transportado até eles. O melhor exemplo de hipóxia histotóxica é o envenenamento por cianeto, que inibe a citocromo oxidase.

Anemia falciforme (exemplo de hipóxia anêmica) Definição:  doença hereditária que causa a má formação das hemácias, que assumem forma semelhante a foices (de onde vem o nome da doença), com maior ou menor severidade de acordo com o caso, o que causa deficiência no transporte de gases nos indivíduos que possuem a doença. É comum na África, na Europa mediterrânea, no Oriente Médio e regiões da Índia. Í ndia.

Hemácias normais

Hemácias falciformes

Origem  A presença da anemia falciforme é determinada por um quantidade elevada de plaquetas sangüíneas. Em indivíduos normais, as células de transporte de gases, hemácias, têm forma arredondada côncava e flexível, e possuem em si moléculas de hemoglobina, ou hemoglobina normal, que é responsável por fazer as ligações gasosas. Essa constituição permite que essas células consigam executar sua função mesmo através dos mais finos capilares. A formação dessa hemoglobina, determinada por um par genético, muda nos indivíduos falciformes. Neles, há a presença de ao menos um gene mutante, que leva o organismo a produzir a hemoglobina S. Essa hemoglobina apresenta, em sua cadeia, uma troca de aminoácidos (um ácido glutâmico é substituido por uma valina). Ela consegue transportar o oxigênio mas, quando o mesmo passa para os tecidos, as moléculas da sua hemoglobina se aglutinam em formas gelatinosas de polímeros, também chamadas tactóides,  que acabam por distorcer as hemácias, que tornam-se duras e quebradiças devido às mudanças na sua membrana. Quando recebem novamente o oxigênio, podem ou não reganhar seu formato: após algum tempo, por não suportar bem modificações f ísicas, 50

a hemoglobina pode manter a forma gelatinosa permanentemente e, conseqüentemente, a deformação que ela gera. Nessa forma, sua vida útil se extingue mais rapidamente, o que pode vir a causar anemia hemolítica (ou comum). Contudo, ao contrário da anemia comum, não há tratamento definitivo para a forma falciforme. O gene causador desse último problema tem uma relação de codominância com o gene normal. Assim, há indivíduos portadores de uma forma branda e de uma forma severa da mesma doença.

Sintomas Há a presença de todos os sintomas clássicos da anemia comum, que são causados pelo déficit de hemácias (uma vez que elas têm vida útil muito curta). Desses podem-se citar fadiga, fraqueza, palidez (principalmente nas conjuntivas e palmas), icterícia, deficiência de concentração e vertigens. Há contudo a presença de uma gama de sintomas característicos da anemia falciforme aguda, que são causados pelo aumento da viscosidade sanguínea que é a aglomeração de hemacias doentes. Por causa disso pode haver formação de trombos (coágulos) nas mais diversas áreas do organismo, com défice do transporte sanguíneo para a área. Em regiões musculares ou conjuntivas, isso pode causar crises de dor intensa. Concomitantemente a isso, há um aumento do número de hemácias doentes, uma vez que a acidose e a deficiencia de oxigênio facilita a deformação permanente. Pode causar também hemorragia, descolamento retiniano, priapismo, acidente vascular cerebral, enfarte, calcificações em ossos com dores agudas, insuficiência renal e pulmonar, dependendo da fase de vida. Nas mãos e nos pés principalmente das crianças, pode haver inchaço causado pela obstrução de vasos naquelas áreas, também acompanhado com crises de dor. Há um aumento drástico no número de infecções.

Tratamento Já existe tratamento eficaz quanto à doença primária que é a base do medicamento descoberto pelo médico africano Jerome Fagla Medegan o chamado VK 500 que abre os canais de circulação sanguíneas( veias e capilares) obstruidos pela "drepanocytose". Recomenda-se ainda a ingestão de ácido fólico (necessário à produção de novas hemácias), a presença de uma dieta balanceada e que o indivíduo doente evite situações que facilitem o desencadeamento de crises. Neste ponto, cabe lembrar o risco de um transporte aéreo, o qual submete o indivíduo à hipóxia de altitude. O transporte via terrestre ou marítimo devem ser preferidos. Durante crises, também pode ser administrado soro para diminuir a viscosidade sangüínea. Recentemente, o transplante de medula óssea tem sido utilizado utili zado em casos selecionados da doença.

Relação com outras doenças do sangue Um ponto curioso a respeito da doença é que os portadores da anemia falciforme são naturalmente resistentes a algumas doenças do sangue, de onde se destacam as diferentes variedades de malária. Isso ocorre pois os protozoários Plasmodium necessariamente se reproduzem no interior das hemácias humanas. Contudo, as hemácias danificadas do individuo falciforme não são adequadas a esse tipo de função, mesmo quando exposto ao vetor da doença, o mosquito  Anopheles contaminado. Em indivíduos com o traço, a presença dessas doenças pode ser atenuada. Assim, em algumas áreas, esse tipo de anemia pode ser também fator de sobrevivência, uma vez que a malária é ainda uma doença mortal, principalmente em áreas carentes de tratamento médico.

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Intoxicação por monóxido de carbono (exemplo de hipóxia anêmica) O monóxido de carbono (CO) é um gás geralmente produzido pela combustão de sustâncias como, por exemplo, os combustíveis fósseis, queimadas, etc. Não é incomum a ocorrência de morte (por suicídio ou acidental) devido ao vazamento deste gás, proveniente de veículos automotores, em garagens fechadas. É importante distinguir o CO (monóxido de carbono) do CO 2  (dióxido de carbono), pois o primeiro é extremamente tóxico e o segundo é produto do metabolismo de nossas células, sendo bem menos nocivo e possuindo um mecanismo fisiológico de eliminação. O CO tem cerca de 210 vezes mais afinidade com a hemoglobina do que o oxigênio, não permitindo que este último seja transportado pela hemácia. Uma pequena concentração ambiental poderá causar níveis tóxicos para o Ser Humano. a. Quando inalado, mesmo em diminutas quantidades num determinado período de tempo, pode reduzir significantemente a capacidade do sangue em transportar oxigênio. Conseqüentemente, ocorrem ai os efeitos da hipóxia. b. A maioria dos aquecedores aquecedores que equipam as aeronaves leves trabalham com o ar que chega a um “manifold” (peça do aquecedor, geralmente em f ormato ormato de cano, que possui várias conexões laterais). A utilização destes aquecedores, se deteriorados pelo tempo ou danificados, podem gerar vazamento de gases (entre eles o CO) através de frestas/rachaduras ou dos selos do “manifold”. Todo ano, são relatados por diversos acidentes não fatais e fatais de envenenamento por monóxido de carbono em aeronaves com esse tipo de aquecedor. c. Um piloto que sentir o cheiro de gases de escapamento ou passar pelos sintomas de dor de cabeça, sonolência ou tontura, enquanto fizer uso de aquecedores, deve suspeitar de envenenamento por monóxido de carbono e imediatamente desligar o aquecedor e abrir as saídas de ar. Se os sintomas forem de grande intensidade ou perdurarem após o pouso, deve-se procurar tratamento médico.

Intoxicação por cianeto (exemplo de hipóxia histotóxica) Cianureto ou Cianeto é o nome de qualquer composto químico que contém o grupo ciano C≡N, com uma ligação tríplice entre o átomo de carbono e o de nitrogênio. Cianetos inorgânicos contém o íon CN-, altamente tóxico, assim como sais do cianeto de hidrogênio (HCN), também chamado de ácido cianídrico ou ácido prússico. É uma substância extremamente tóxica, um dos venenos mais letais conhecidos pelo homem. Possui um típico odor amargo, lembrando amêndoas. O cianeto de hidrogênio é um gás incolor, e os cianetos de sódio e potássio são um pó branco. No entanto, é um erro fatal r ecomendar o olfato para identificar o veneno. Sendo a exposição a cianetos na Natureza inevitável, muitos organismos vivos desenvolveram vias metabólicas que lhes permitem fazer a desintoxicação deste composto. No entanto, quando a quantidade de cianeto é superior àquela que os mecanismos naturais de desintoxicação são capazes de eliminar, as hipóteses de envenenamento por cianetos é muito elevada.

Mecanismo de ação: O cianeto é absorvido rapidamente pelo tracto respiratório quando inalado sob a forma de HCN e mais lentamente pelo tracto gastrointestinal aquando da ingestão de sais de cianeto (sais de sódio e potássio) e glicosídeos cianogénicos cianogénicos (amigdalósido (amigdalósido e linamarósido, por exemplo); o envenenamento por contacto da pele com soluções concentradas de cianeto de sódio e de potássio também pode ocorrer, sendo a absorção mais lenta que a observada pela inalação. O cianeto, uma vez absorvido, distribui-se rapidamente pelos glóbulos vermelhos e pelos tecidos. A desintoxicação ocorre através da combinação do cianeto com o enxofre (S) para formar tiocianato. Esta Esta combinação pode ocorrer por duas vias: enzimaticamente através de reacções catalisadas pela rodanase ou por uma segunda via, esta não enzimática, por combinação com a albumina. O 52

tiocinato, composto menos tóxico, é eliminado por via renal tendo um tempo de semi-vida de eliminação de 2,5 dias em pacientes com função renal normal. O cianeto tem como propriedade, uma elevada afinidade para os metais (daí a sua grande utilização na indústria de metais) formando com eles complexos. O cianeto absorvido vai formar complexos com catiões metálicos de centros activos de enzimas importantes, inibindo a sua função. O mecanismo que explica a toxicidade do cianeto envolve a inibição da cadeia respiratória mitocondrial. Este liga-se ao ferro no estado férrico (Fe 3+) do citocromo oxidase mitocondrial (citocromo aa3), enzima que medeia a transferência de electrões para o oxigênio molecular, o último passo da fosforilação oxidativa. O bloqueio desta enzima interrompe, assim, a capacidade da célula usar o oxigênio, conduzindo a anoxia tecidular.Para além disso compromete o metabolismo da célula e a produção de ATP é drasticamente reduzida. Esta incapacidade da célula para utilizar o oxigênio conduz ao aumento do metabolismo anaeróbio e ao rápido desenvolvimento de acidose láctea e hipóxia histotóxica. Uma vez que o cianeto não altera a capacidade da hemoglobina em transportar o oxigênio, uma quantidade suficiente de O2  é colocada à disposição dos tecidos mas este não pode ser utilizado. O sangue venoso é então oxigenado e adquire uma coloração tão vermelho vivo quanto o sangue arterial. A respiração é então estimulada pelas células quimiorreceptoras como acontece quando a quantidade de oxigênio está diminuída. Inicialmente é observado um breve período de estimulação do Sistema Nervoso Central com hiperpnéia e dor de cabeça, seguindo-se uma depressão que ocorre com hipóxia e morte por paragem respiratória. Órgãos como o coração e o cérebro são particularmente afetados porque requerem muito  ATP e têm uma capacidade limitada em suportar a sua deficiência. Uma vez interrompida a produção de ATP, o coração apenas é capaz de suportar 3 minutos. Sendo assim, o cianeto pode causar morte por falha cardíaca ou respiratória. O complexo ferro-cianeto é dissociável e rapidamente sofre ruptura tornando a desintoxicação possível através de mecanismos bioquímicos naturais ou usando antídotos.  A ligação do cianeto a outros metais de enzimas catalíticas interfere com o metabolismo lipídico e do glicogénio, efeitos estes que são menos evidentes clinicamente em comparação com o dramático impacto do efeito do cianeto na respiração celular aeróbia.

Uso industrial Cianetos são usados na revelação fotográfica e na produção de plásticos, acrilato e colas instantâneas (cianoacrilato). O cianeto de ouro é usado para a douração de certos metais, a frio (sem a necessidade de processo de eletrólise). O cianureto é encontrado na natureza em diversas plantas, como nas sementes lenhosas de algumas frutas, e em uma variedade da mandioca, vulgarmente chamada de mandioca-brava: uma planta sul-americana altamente tóxica quando in natura, mas sua raiz é muito consumida e apreciada na forma de farinha torrada, quando perde suas toxinas.

Cianeto e guerra Supostamente o cianureto foi muito utilizado em suicídios na Segunda Guerra Mundial, por espiões de ambos os lados do conflito que, ao se verem cercados por forças inimigas, optavam por dar cabo da própria vida para não serem capturados. A ingestão de uma dose de 0,5 a 1mg seria suficiente para matar instantaneamente um adulto. Acredita-se que o próprio Adolf Hitler possa ter se suicidado com cianureto, no fim da guerra, mas a v erdade sobre seu suicídio nunca foi total mente esclarecida.

Arma química Cianetos foram estocados em arsenais de armas químicas, tanto na União Soviética quanto nos Estados Unidos, nas décadas de 1950 e 1960. Durante a Guerra Fria, a União Soviética planejou o uso de cianeto de hidrogênio como uma arma de blitzkrieg   (guerra-relâmpago) para eliminar a resistência das linhas inimigas, contando que o gás se dissiparia, permitindo posterior 53

acesso às áreas capturadas. Contudo, o cianeto não é considerado eficaz para uso militar, visto que é mais leve que o ar e é necessária uma elevada dosagem para incapacitar ou matar.

Mecanismos de defesa do organismo contra a hipóxia: 1) Aumento da freqüência cardíaca  Aumento da velocidade circulatória para compensar o pouco oxigênio existente, o sangue circula mais depressa, a fim de absorver mais O 2 dos pulmões. Taquicardia.

2) Aumento da ventilação pulmonar  A respiração se torna mais profunda, para absorver mais oxigênio e eliminar o CO 2.

Fatores que interferem com a Hipóxia  A maioria das aeronaves que voam a uma altitude de 2500 e 3000 metros normalmente não são pressurizadas. A partir daí existe um sistema automático de pressurização para se atingir a altitude artificial de 3084 metros, o que nas grandes ANVs varia de 2590 a 3084 metros, com pressão barométrica em torno de 530 mm Hg e umidade relativa em cerca de 10% (3% a 15%). Temos então outros fatores a considerar: Tempo de permanência em determinada altitude Velocidade de ascensão Temperatura ambiente Grau de atividade física Condições físicas Condições psicológicas (apreensão, medo) -

Manifestações clínicas da hipóxia             

Alteração da visão periférica ou em túnel Alteração da acuidade visual, desfocamento, acomodação Mialgias, cansaço, fadiga, sonolência; formigamento dos dedos Cefaléia (especialmente se hipóxia for >2h) Diminuição da coordenação motora Dificuldade em pronunciar palavras ao Controlador de Tráfego Aéreo Julgamento impreciso, pensamento lento Alteração respiratória, com hipopnéia e taquipnéia Tempo de reação diminuído Grande redução da visão noturna Euforia Outros sintomas objetivos

Cada piloto reage de maneira diferente à hipóxia, em graus diferentes e em ocasiões diferentes.

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Fatores individuais que influenciam na tolerância à hipóxia Auto-impostos: - Álcool - Fadiga mental ou física - Fumo – Aumenta a altitude fisiológica (8 a 10 % de hg do sangue  – cerca de 3.000/5000 ft). - Capacidade física Outros fatores:  Aclimatação  Altitude absoluta Taxa de ascensão: quanto mais rápida a ascensão, menos efetiva é sua tolerância individual. Duração da exposição Temperatura ambiente externa (maior ou menor)  Atividade física durante o vôo. Estadiamento da hipóxia:  À medida que subimos na atmosfera, a intensidade da hipóxia vai aumentando, de forma a passar por alguns estágios até que ocorra a morte.

1) Estágio indiferente:  Altitude: 0 a 6.500 pés (0 a 2.000m) Pressão atmosférica: 601 mmHg Saturação O2 na Hb: 93% 55

Sintomatologia: Se ocorrer é discreta. Pode existir alguma alteração de visão noturna, ou pequenos problemas de descompressão do ouvido médio.

2) Estágio Compensatório  Altitude: 6.500 a 15.000 pés (2.000 a 4.500 m) Pressão atmosférica: 429 mmHg Saturação O2 na Hb: 83% Sintomatologia: O organismo faz uso de suas reservas, aumentando freqüências cardíaca e respiratória para manter seu equilíbrio. 3) Estágio das Perturbações  Altitude: 15.000 a 22.000 pés (4.500 a 6.500 m) Pressão atmosférica: 321 mmHg Saturação O2 na Hb: 70% Sintomatologia: Aparecimento de diversas manifestações subjetivas (sintomas) e objetivas (sinais), uma vez que o organismo não consegue compensar totalmente a deficiência de O2 nos tecidos. Manifestações Subjetivas  –  aquelas que o piloto sente (também chamadas de SINTOMAS): lassidão, fadiga, sonolência, euforia. Manifestações Objetivas  –  Aquelas que se percebem no piloto (também chamadas de SINAIS): Cianose (“arroxeamento”) dos lábios e pontas dos dedos, má coordenação, falhas de apreciação, perda de características da personalidade (hilaridade, atitude rixenta, excesso de confiança, abandono dos problemas, etc); maior profundidade dos movimentos respiratórios, pulso rápido, tetania, coma, colapso, morte. 4) Estágio Crítico  Altitude: > 22.000 pés (>6.500 m) Pressão atmosférica: < 350 mmHg Saturação O2 na Hb: 7Gz+: inconsciência ocorre mais rapidamente.

 

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Figura: Mostra que a sintomatologia de quem se submete a uma carga Gz+ varia com o tempo de exposição e a sua intensidade  A capacidade de suportar uma determinada força “G” é também variável de um a outro indivíduo e pode ser aumentada com:   Treinamento;  Manobras anti-G  “Traje anti-G” (aumenta a resistência para receber forças de até 3 “G” e, associada à manobra de contração muscular e abdominal, suportar de 7 a 8 Gs, por 15 seg.  Colete torácio  Condicionamento físico  Estatura (indivíduo baixo e musculoso suporta melhor que o alto)  Inclinação do assento. O Corpo Humano suporta melhor uma carga G no eixo “x” do que no eixo “z”. Durante um looping, se o piloto inclinar bastante seu assento, ficando quase deitado, ele irá transferir a carga G do eixo “z” (encosto do assento a 90º) para o eixo “x”.

 

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Figura: Homem usando um “traje anti-G”. Observe a existência de tubos os quais serão conectados à aeronave para serem insuflados automaticamente em caso de G significativo.

Manobras anti-G: Objetivo: retesamento muscular em tronco e membros impedindo que a coluna de sangue desça da cabeça para evitar o desmaio. Como realizar: Manobra M1: contração abdominal soltando ar lentamente através da emissão de um som rouco. Manobra L1: = M1, mas com a glote fechada (não solta o ar) Fatores que diminuem a tolerância ao Gz+: veias varicosas hérnia inguinal ou umbilical   hemorróidas perturbações oculares   desidratação   hipoglicemia   hipóxia hipotensão crônica ou qualquer doença debilitante • • • • • • • •

Carga G no eixo “x”: Ocorre nos deslocamentos ao longo do eixo longitudinal “x”. Exemplo: durante a aceleração do avião na pista para g anhar velocidade e se preparar para a decolagem. Sintomatologia com o Gx positivo: Até 7Gx: nenhum malefício, sensação e compressão, fala normal > 7Gx: respiração progressivmente difícil 12 Gx: grande dificuldade de finação e respiração 17 G: grande difuculdade respiratória, mas função cardíaca NORMAL. Pressão arterial normal. • • • •

Carga G negativa: Gz negativo: O Corpo Humano suporta bem menos o Gz negativo de que o Gz positivo. O Gz negativo é responsável por aquele “frio na barriga” que ocorre quando descemos de tobogã (quando termina a parte plana e inicia a descida com a sensação de estarmos desprendendo do chão).  

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Sintomatologia com o Gz negativo: 1 Gz-: o mesmo que estar “plantando bananeira” 2 Gz-: sensação de areia nos olhos, pressão na cabeça, congestionamento de rosto e pescoço 3 Gz-: globos oculares parecem querer saltar das órbitas, cefaléia muito forte, pulsátil, podendo durar horas. Pode ocorrer confusão mental • •

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Ejeção: Durante uma ejeção, o piloto é submetido a uma força acelerativa superior a +9Gz durante poucos segundos. Neste curto período de tempo é praticamente impossível evitar a perda da consciência, a qual é recuperada logo a seguir. Após ser submetido a uma ejeção, o piloto é obrigado a passar por nova avaliação da Junta de Saúde para avaliar se ocorreram lesões, especialmente nas vértebras da coluna vertebral que podem ter sofrido achatamento. Sintomatologia com aceleração angular “R”: O Corpo Humano tolera bem até 60 giros por segundo em torno de seus eixos. Como esta rotação é incompatível com o vôo, em termos práticos, as acelerações angulares não provocam transtornos significativos no que se refere ao deslocamento da coluna de sangue no organismo. No entanto, a aceleração angular provoca outro tipo de transtorno, chamado de Desorientação, por interferir no sistema de equilíbrio do organismo.

Sistema de Equilíbrio: Tem por objetivo captar informações sobre a posição do Corpo Humano, bem como sobre seus movimentos, a fim de mantê-lo equilibrado. Estas informações serão processadas no cérebro, o qual enviará comandos aos músculos dos membros para eles realizem as correções posturais adequadas para não cair. Composição do Sistema de Equilíbrio (órgãos de equilíbrio):   Vestíbulo   Visão   Propriocepção

Aparelho vestibular: Fica localizado no ouvido interno, anexo à cóclea (órgão de audição) e é formado por: Canais semicirculares / Sáculo / Utrículo

Figura: Aparelho vestibular, anexo à cóclea Canais Semi-circulares: São 3 em cada vestíbulo: superior, posterior e lateral.  

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Cada um deles é responsável por coletar informações de movimento em torno de um dos eixos: “x”, “y” e “z”. Um canal semi-circular é formado por um tubo ósseo em forma de anel, dentro do qual corre um líquido chamado de endolinfa. Ele possui uma porção mais dilatada chamada de ampola, a qual possui em seu interior uma série de filamentos muito delgados que são movimentados pela endolinfa quando um movimento rotacional ocorre em seu plano de ação. A captação desse movimento é codificado em impulsos nervosos que se dirigem ao cérebro através de ner vo vestibular.

Figura: Canal Semi-circular Desorientação provocada pelo Canal-Semicircular: Quando um movimento rotacional ocorre no mesmo sentido e intensidade durante muito tempo, a endolinfa começa a girar na mesma velocidade do canal que a contém. Neste momento, os filamentos do interior da ampola já não são mais flexionados e o nervo vestibular envia ao cérebro a informação que o corpo já não está em movimento (= desorientação). Ao parar repentinamente com o movimento rotacional, a endolinfa, cheia de energia cinética, continuará girando e passará a flexionar os filamentos da ampola, enviando ao cérebro a informação de que o corpo está em movimento (= desorientação). Este tipo de desorientação é conhecida como “ VERTIGEM DE CORIOLIS”.

Sáculo e utrículo: Também chamados de órgãos otolíticos, são dilatações ósseas do vestíbulo com uma cavidade preenchida por endolinfa. Dentro desta cavidade existem cerdas delgadas que sustentam, em suas extremidades, pequenos fragmentos sólidos (os otolitos). Fisiologia:  Ao inclinar a cabeça, os otolitos se deslocam, promovendo a envergadura das cerdas que os sustentam. Essa informação é encaminhada ao cérebro, t ambém através do nervo vestibular. Desorientação provocada pelos órgão otolíticos: Quando somos submetidos a uma aceleração Gx+, por exemplo, quando o avião acelera na pista, os otolitos também são deslocados para trás. Assim o nervo vestibular envia ao cérebro a informação equivocada de que a cabeça está inclinada para trás (= desorientação).

 

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Figura: Fisiologia dos órgão otolíticos

Visão: É o sentido mais importante para o Ser Humano, pois é através dela que recebemos mais de 90% das informações captadas do meio externo. Existem vários tipos de ilusões visuais, as quais serão estudadas em um capítulo a parte.

Propriocepção: Em nossos músculos, articulações e superfícies especializadas como, por exemplo, a sola dos pés, existem sensores de pressão. Desta forma, quando o indivíduo se encontra em pé, e o corpo se inclina para o lado esquerdo, os sensores do membro inferior esquerdo percebem que a pressão sobre ele aumenta enquanto que os sensores do membro inferior direito percebem que passam a suportar uma quantidade menor peso. Essa informação é passada para o cérebro que a interpreta da seguinte forma: “o corpo está caindo para o lado esquerdo”. Assim, envia ordens para realizar a correção necessária (dar um passo para o lado esquerdo, ou simplesmente estender mais o membro inferior esquerdo). Toda esta transferência de informação e as medidas corretivas acontecem sem que o indivíduo perceba, de forma automática.

 A Figura acima mostra os receptores de pressão em músculos, articulações e superfície (Propriocepção)  

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CINETOSE (TAMB M CONHECIDA COMO O “MAL DO AR”): Conceito: Mal-estar provocado pelo cérebro ao receber informações conflitantes sobre o equilíbrio. Exemplo: um indivíduo passou mal (vômitos) após ficar alguns minutos dentro da cabine de um navio. O que aconteceu é que seus olhos enviam informações relatando que ele estava v endo o chão do navio imóvel. Ao mesmo tempo, o vestíbulo e os receptores proprioceptidos enviaram informações relatando que o chão está se movendo. Como o cérebro recebeu estas informações as quais são conflitantes e não sabe em qual delas confiar. Nesse m omento, inicia o processo de cinetose, o qual funciona como um sinal de alerta do cérebro, o qual não consegue promover o equilíbrio de forma adequada. É portanto, uma reação de defesa. Com o passar do tempo, o cérebro se adapta com a situação. Ele “aprende” que a informação visual pode não estar correta e o mal estar desaparece. Este processo de adaptação pode demorar minutos ou dias, variando de um a outro indivíduo.

Aerocinetose: É a cinetose que ocorre na atividade aérea. É resultante de uma crise se nsorial complexa, oriunda do movimento da aeronave. Incidência da Aerocinetose: 2 a 5% dos alunos de vôo já experimentaram sensações desagradáveis secundárias à cinetose.

Condições favorecedoras Intrinsecas Idade (idoso)  Sexo (feminino)  Alimentação, evitar: dieta lipídica fome (hipoglicemia) Posição (cabeça) Estado geral (fadiga)   Hábito Sistema nervoso estado psíquico alterado alterações do labirinto Ritmo Circadiano (é mais requente à noite do que de dia)

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Extrínsecas   Odores   Calor   Vibrações Roupas apertadas (respiração) Confinamento (psíquico)

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Sintomatologia – Fase inicial Sinais Subjetivos   Ansiedade   Irritabilidade   Reatividade

Sinais Objetivos Palidez, suores frios Bocejos repetidos Salivação intensa   Desorientação Cólicas, cefaléias Bradicardia (taquipnéia)

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Sintomatologia – Fase da doença instalada Sinais Subjetivos Sinais Objetivos Náuseas   Taquicardia Prostração Palidez, olheiras Depressão Contrações da musculatura Vômitos Vertigem   Desequilíbrio • • • • •

Profilaxia: Podemos reduzir a ocorrência da aerocinetose na tripulação de uma companhia aérea através das medidas: 1)

Seleção adequada: na entrevista de admissão para o emprego pode ser indagado se o candidato costuma ficar com náuseas em viagens de carro, navio ou avião. Pode ser contratado o candidato em regime de estágio para observar sua condição de saúde em vôo.

2)

Apoio psicológico:  O estado psíquico (stress, ansidade, etc) podem predispor à instalação do quadro de cinetose.

3)

Redução das causas ambientais que estimulam seu aparecimento: Diminuição de turbulências Redução da altitude de Vôo (redução da hipóxia) Pilotagem hábil Redução de forças acelerativas Boa ventilação e climatização Controle da luminosidade

4)

Dessensibilização: do aparelho visual: ex: assistir cine 180º. do aparelho vestibular: cambalhotas, piruetas, brinquedos de parques de diversão com giro em diversos eixos, se submeter a diversas vaigens de avião, navio, carro para habituar o vestíbulo a receber esse tipo de informação conflitante. Obs: a dessensibilização do tipo Vestibular é mais eficiente do que a do tipo Visual.

5)

Medicação: Vitamina B6 (Piridoxina) em altas doses (100 a 300 mg/dia) Hioscina (escopolamina) - Buscopan ® Prometazina - Fenergan ® Cinarizina - Stugeron® Dimenidrinato – Dramin® Importante: Todos os medicamentos citados acima produzem sonolência, portanto seu uso é CONTRA-INDICADO para a tripulação da aeronave. Somente a Vitamina B6 não possui este efeito colateral (sonolência) estando seu uso liberado até mesmo para os pilotos.

 

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RADIAÇÃO: Definição: Radiação é um termo da área da Física e significa a propagação de energia de um ponto a outro no espaço ou em um meio material, com uma certa velocidade. Tipos de Radiação:  A radiação pode ser de natureza corpuscular ou ondulatória. Quando a natureza da radiação é corpuscular, significa que ela possui massa. Prótons, nêutrons e elétrons ejetados de átomos ou núcleos atômicos são exemplos de radiação corpuscular. Esse tipo de radiação poderá possuir mais ou menos energia, dependendo das características de suas partículas, as quais variam em carga, massa e velocidade. Exemplos:

Partícula alfa – é um núcleo de hélio 4, assim é constituída de 2 prótons e 2 nêutrons. Partícula beta – é um elétron acelerado.

Comparação entre o poder de penetração da Partícula ALFA (bloqueada por uma folha de papel), Partícula BETA (bloqueada por uma mão) e a Radiação GAMA (que ultrapassa até o aço).  A radiação de natureza ondulatória é também conhecida como radiação eletromagnética. Trata-se de ondas de energia, não possuindo massa. É definida pela amplitude e pela frequência de oscilação da onda que a compõe. A velocidade de propagação da radiação eletromagnética no vácuo é sempre constante: 299.792.458 m/s (velocidade da luz). Exemplos: As ondas de rádio, a luz visível, os raios-X e a radiação gama.  

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O Espectro Eletromagnético Uma característica geral das radiações (corpuscular e ondulatória) é que elas podem ser ionizantes ou não ionizantes. Uma radiação é dita ionizante quando incidida em um material, tem energia suficiente para arrancar elétrons do material. Se a radiação não tem esta energia ela é dita não ionizante. Neste caso, pode ocorrer a excitação do átomo, onde elétrons são levados a níveis de energia mais altos no átomo, sem serem ejetados. Quando retornam ao estado de menor energia, os elétrons liberam radiação com freqüência proporcional a diferença de energia entre o nível no qual estava e o nível no qual está depois do retorno. Exemplos de Radiação Ionizante: , raios cósmicos, raios-X e radiações provenientes de materiais radioativos. Exemplos de Radiação Não Ionizante:  luz ultravioleta, ondas de rádio e microondas.

Unidades de medida de Radiação: Roentgen  –

O roentgen se refere à ionização produzida no ar pela passagem de radiação X ou gama, especificamente, a quantidade de radiação necessária para produzir 0,001293 gramas de íons de ar contendo uma unidade elestrostática positiva ou negativa.

(radiation absorved dose)  - É uma unidade antiga de medida de exposi-ção. Um rad  de qualquer tipo de radiação corresponde à absorção de 100 ergs por grama de qualquer meio. É uma unidade especial de dose absorvida. Rad

REM  – (Roentgen

Equivalent Man) - Refere-se à dose absorvida de qual-quer radiação ionizante que produza o mesmo efeito no Homem que o de 1 roentgen de raios-X.

(Sievert) – É a unidade atualmente utilizada, que expressa qualquer dose como a dose equivalente de efeito biológico. 1 Sv = 100 rem Sv

Gy

 

(Gray) – Unidade de dose absorvi-da. Um Gy  é igual à dose absorvida de 100 rads.

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Dosagem da Radiação  A quantidade de radiação recebida por um tripulante pode ser: 1) dosada diretamente por meio de um equipamentos (dosímetros) 2) estimada por meio de programas de computador que analisam a rota, o tempo em cada altitude e a fase do ciclo solar. Calcula, então, a dose de radiação provavelmente recebida por cada tripulante e passageiro em um determinado vôo em particular. Exemplo de calculadora: http://jag.cami.jccbi.gov/cariprofile.asp

Radiação Cósmica  A radiação cósmica é a energia que chega ao nosso planeta, constituída de ondas eletromagnéticas e de partículas subatômicas (prótons, neutrons e elétrons) que, viajando em altíssimas velocidades, podem chegar a danificar o nosso corpo humano. Os choques destas partículas com as moléculas do DNA do núcleo de nossas células, podem mata-las ou produzirem alterações do seu comportamento como a formação de cânceres.  A Radiação Cósmica provém de duas fontes: 1- Espaço Sideral, 2- Sol,  A radiação solar que atinge a superfície do planeta é formada principalmente de ultravioleta (UV), luz visível e infravermelho. Destes três, a maior parte da radiação solar é constituída de luz visível (para nossa sorte).

Composição do Espectro Solar mostrando que sua maior parte é LUZ VISÍVEL (44%)

 

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 A energia proveniente da radiação solar não contribui significativamente para os níveis de radiação cósmica como um todo, exceto por ocasião de alterações da atividade do Sol, como nas tempestades solares. O Sol não apresenta o mesmo nível de atividade durante todo o tempo. Existem períodos nos quais ocorrem grande números de explosões na superfície do sol, gerando grande quantidade de radiação. Os períodos de pico da Atividade Solar são distribuídos a intervalos regulares, seguindo um ciclo de 11 anos. Por exemplo, em 2001 e em 2012, os níveis de atividade solar alcaram valores máximos (pico), com um intervalo de maior calmaria que durou 11 anos.

 Atividade Solar – observar que alcançou valores mais altos em 2001 e 2012 (ciclos com intervalos de 11 anos)  A radiação cósmica é absorvida eficazmente pela atmosfera e pelo campo magnético da Terra. O efeito do campo magnético da Terra (como escudo protetor contra as radiações cósmicas) não é homogêneo. Sua proteção é bem menor na regiões próximas aos polos norte e sul. Assim, o efeito da radiação no corpo humano depende da latitude e da altitude em que o indivíduo estiver voando, assim como do tempo em que permanecer em vôo.

Fatores ambientais que interferem com o nível de radiação recebida pela tripulação: Duração do vôo/Número de vôos,   Latitude,   Altitude,  Local na aeronave,  Atividade Solar. 

 

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