Laboratório virtual de espirômetro: volumes pulmonares

Este laboratório virtual de espirômetro cobre as medidas de volumes pulmonares do IB, do A-level e do IGCSE Biology. Os alunos respiram num espirômetro virtual, leem no traçado o volume corrente, os volumes de reserva inspiratório e expiratório e a capacidade vital, e calculam a ventilação pulmonar em repouso e durante o exercício. Depois comparam pulmões saudáveis com a asma e terminam com o teste da água de cal no ar inspirado e no expirado. Ninguém divide um bocal, e todos os números abaixo foram lidos na simulação.

Alinhamento com o currículo

• IB Biology B3.1 (trocas gasosas): medida dos volumes pulmonares, incluindo o volume corrente, a capacidade vital e os volumes de reserva, e da frequência de ventilação.
• AQA A-level Biology 7402, seção 3.3.2: ventilação pulmonar = volume corrente × frequência de ventilação, e interpretação de dados de espirômetro, inclusive em doenças pulmonares.
• Cambridge IGCSE Biology 0610, tópico 11.1: o efeito da atividade física na frequência e na profundidade da respiração, e a água de cal como teste do dióxido de carbono no ar inspirado e no expirado.

O Simulic não é afiliado ao IB, à AQA nem a Cambridge, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Pergunte: "Um aluno saudável passa do repouso para um exercício moderado. O que acontece com o volume corrente e com a frequência respiratória dele?" Num link de turma, esta é a pergunta 1; a simulação é liberada depois que os alunos respondem.

Método na simulação

1. Abra a aba Espirômetro. Ajuste Pulmões em Saudáveis, deixe Fumante desmarcado e ajuste Atividade em Repouso.
2. Espere três respirações tranquilas. A linha abaixo do traçado mostra então o volume corrente (VC), a frequência respiratória e a ventilação pulmonar.
3. Clique em Inspire ao máximo e expire tudo (CV). Quando os botões voltarem a funcionar, clique em Expiração forçada (VEF₁) e depois em Registrar resultados. Copie VRI, VRE e CV da linha abaixo do traçado.
4. Ajuste Atividade em Exercício moderado e repita os passos 2–3; depois, em Exercício intenso.
5. Ajuste Pulmões em Asma (broncoconstrição) e Atividade em Repouso, e repita.

Pessoa	Frequência (por min)	VC (L)	Ventilação (L/min)	VRI (L)	VRE (L)	CV (L)	VEF₁/CVF (%)
Saudável, repouso
Saudável, moderado
Saudável, intenso
Asma, repouso

Resultados esperados

Cada leitura do espirômetro tem um erro aleatório de alguns por cento, por isso os valores são faixas obtidas em vários ensaios no navegador.

Pessoa	Frequência	VC (L)	Ventilação (L/min)	VRI (L)	VRE (L)	CV (L)	VEF₁/CVF
Saudável, repouso	14	0,49–0,52	6,8–7,2	3,0–3,2	1,2	4,67–4,87	81–82 %
Saudável, moderado	22	1,58–1,64	34,7–35,8	2,3–2,4	0,8	4,68–4,80	82–83 %
Saudável, intenso	31	2,50	77,0	1,5–1,6	0,7	4,80–4,84	81 %
Asma, repouso	20	0,44–0,46	8,8–9,2	2,8–2,9	0,9	4,13–4,21	60 %

• O exercício aumenta a profundidade e a frequência: a ventilação fica cerca de cinco vezes maior do repouso ao exercício moderado. A capacidade vital não muda; o volume corrente extra sai dos volumes de reserva.
• A asma quase não muda a CV, mas o VEF₁ cai para 2,3–2,5 L, então VEF₁/CVF cai para 60 %: o padrão obstrutivo. Com exercício intenso, a simulação informa que o corpo precisa de 92 L/min, mas os pulmões só conseguem ventilar 71 L/min.
• Uma pessoa fumante saudável deu VEF₁/CVF = 76 %.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) Do repouso ao exercício moderado, o que acontece com o volume corrente e com a frequência respiratória?
2. Quais configurações precisam ficar iguais enquanto você compara repouso e exercício?
3. Qual é a capacidade vital da pessoa saudável em repouso?
4. Quantas vezes a ventilação no exercício moderado é maior que em repouso?
5. Explique por que o volume corrente e a frequência respiratória aumentam durante o exercício.

Respostas para o professor: (1) Os dois aumentam. (2) Pulmões (Saudáveis) e Fumante (desmarcado); só Atividade muda. (3) Aceite 4,6–5,0 L. (4) Aceite 4,5–5,5; a maioria dos grupos obtém cerca de 5. (5) Os músculos em contração fazem respiração celular mais depressa, então precisam de mais oxigênio e produzem mais dióxido de carbono. Respirar mais fundo e mais rápido aumenta a ventilação, o que mantém acentuados os gradientes de concentração nos alvéolos.

Erros conceituais comuns

• "A capacidade vital aumenta durante o exercício." A CV fica igual; o volume corrente ocupa uma parte maior dela.
• "Expirar sempre usa músculos." A expiração tranquila se deve à retração elástica. Só a expiração forçada usa os músculos intercostais internos e abdominais.
• "A asma deixa os pulmões menores." A CV quase não muda. O ar sai devagar por vias aéreas estreitadas, então o VEF₁ cai.
• "O ar expirado é quase todo dióxido de carbono." A tabela da simulação mostra cerca de 4 % de CO₂ e 16 % de O₂ no ar expirado.

Extensão

• Prática da água de cal: abra Prática da água de cal, escolha uma Velocidade de ×30 e clique em Começar a respirar. Em repouso, o tubo B (ar expirado) ficou turvo após 21–23 s, enquanto o tubo A (ar inspirado) ainda estava límpido após 900 s. Depois de exercício moderado, o tubo A ficou turvo após 613–648 s; depois de exercício intenso, após 295–314 s.
• Modelo da campânula: em Mecânica da respiração, mude Modelo para Campânula e liste o que o modelo não consegue mostrar.

Perguntas frequentes

O link da turma pode abrir no espirômetro?

Sim. Na página Compartilhar, fixe Tela em "Espirômetro" nos valores iniciais do link. Você também pode fixar Pulmões, Fumante e Atividade. Caso contrário, o passo 1 pede aos alunos que abram a aba.

Por que os botões de CV estão acinzentados?

O espirômetro está registrando uma respiração. Espere o traçado voltar à respiração tranquila; um botão clicado durante um registro é ignorado.

Os alunos podem medir o volume residual?

Não. Um espirômetro só registra o ar que entra e sai, então o volume residual (VR) no traçado é uma estimativa, como explica a nota abaixo da simulação.

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