Sistema respiratório - FISIOLOGIA

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Fisiologia
Sistema respiratório
Etapas do processo de respiração:
1. Ventilação pulmonar, que significa o influxo e o efluxo de ar entre a atmosfera e os alvéolos pulmonares (movimentos respiratórios);
2. Difusão de oxigênio e dióxido de carbono entre os alvéolos e o sangue (difusão de O2 e CO2 no epitélio respiratório);
3. Transporte de oxigênio e dióxido de carbono no sangue e nos líquidos corporais e suas trocas com as células de todos os tecidos do corpo; 
4. Regulação da ventilação e outros aspectos da respiração (difusão de O2 e CO2 para os tecidos).
Mecânica da ventilação pulmonar
Os pulmões podem ser expandidos e contraídos por duas maneiras: (1) por movimentos de subida e descida do diafragma para aumentar ou diminuir a cavidade torácica e (2) pela elevação e depressão das costelas para aumentar e diminuir o diâmetro anteroposterior da cavidade torácica.
MOVIMENTOS DO DIAFRAGMA: Durante a inspiração, a contração diafragmática puxa as superfícies inferiores dos pulmões para baixo. Depois, durante a expiração, o diafragma simplesmente relaxo, e a retração elástica dos pulmões, da parede torácica e das estruturas abdominais comprime os pulmões e expele o ar. Durante a respiração vigorosa, no entanto, as forças elásticas não são poderosas o suficiente para produzir a rápida expiração necessária; assim, força extra é obtida, principalmente, pela contração da musculatura abdominal, que empurra o conteúdo abdominal para cima, contra a parte inferior do diafragma, comprimindo, dessa maneira, os pulmões.
O segundo método para expansão dos pulmões é elevar a caixa torácica, portanto, todos os músculos que elevam a caixa torácica são classificados como músculos da inspiração, e os que deprimem a caixa torácica são classificados como músculos da expiração.
Os músculos mais importantes que elevam a caixa torácica são os intercostais externos, mas outros que auxiliam são (1) músculos esternocleidomastóideos, que elevam o esterno; (2) serráteis anteriores, que elevam muitas costelas; e (3) escalenos, que elevam as duas primeiras costelas.
Os músculos que puxam a caixa torácica para baixo, durante a expiração, são principalmente o (1) reto abdominal, que exerce o efeito poderoso de puxar para baixo as costelas inferiores, ao mesmo tempo em que, em conjunto com outros músculos abdominais, também comprime o conteúdo abdominal para cima contra o diafragma e (2) os intercostais internos.
Variação do volume pulmonar
PRESSÕES QUE CAUSAM O MOVIMENTO DO AR PARA DENTRE E PARA FORA DOS PULMÕES: Os pulmões são estruturas elásticas que colapsam, como um balão, e expelem todo o ar pela traqueia, toda vez que não existe força para mantê-lo inflado. 
O pulmão “flutua” na cavidade torácica, cercado de líquido pleural que lubrifica o movimento dos pulmões dentro da cavidade. Portanto, os pulmões são presos à parede torácica, como se estivessem colados, no entanto, eles estão bem lubrificados e podem deslizar livremente quando o tórax se expande e contrai. 
PRESSÃO PLEURAL: Pressão pleural é a pressão do líquido no estreito espaço entre a pleura visceral e a pleura parietal. Normalmente ocorre leve sucção entre os folhetos pleurais, o que significa discreta pressão negativa. A pressão pleural normal no início da inspiração é de cerca de -5 centímetros de água, que é a quantidade de sucção necessária para manter os pulmões abertos no seu nível de repouso. Então, durante a inspiração normal, a expansão da caixa torácica traciona os pulmões para diante com força maior e cria mais pressão negativa, que chega a cerca de -7,5 Centímetros de água. 
Ou seja, durante a inspiração a pressão pleural cresce negativamente e o volume pulmonar aumenta, depois, na expiração, os eventos são essencialmente revertidos. 
PRESSÃO ALVEOLAR: Pressão alveolar é a pressão do ar dentro dos alvéolos pulmonares. Quando a glote está aberta e não existe fluxo de ar para dentro ou para fora dos pulmões, as pressões em todas as partes da árvore respiratória, até os alvéolos, são iguais à pressão atmosférica, que é considerada a pressão de referência zero nas vias aéreas —isto é, 0 cm de pressão de água. Para causar o influxo de ar para os alvéolos, durante a inspiração a pressão nos alvéolos deve cair para valor ligeiramente abaixo da pressão atmosférica.
Ou seja, durante uma inspiração normal, a pressão alveolar diminui para cerca de -1cm de água, que é o suficiente para puxar 0,5L de ar para dentro dos pulmões nos 2s necessários para uma inspiração normal. Durante a expiração, a pressão alveolar sobre para cerca de +1cm de água e força 0,5L de ar inspirado para fora do pulmão, durante os 2 a 3 segundos de expiração.
PRESSÃO TRANSPULMONAR: A pressão transpulmonar é a diferença de pressão entre os alvéolos e as superfícies externas dos pulmões (pressão pleural), sendo medida das forças elásticas nos pulmões que tendem a colapsá-los a cada instante da respiração, a chamada pressão de retração. 
P.A ↑ V.P ↓ 
P.P ↑ V.P↓
Complacência pulmonar
Grau de expansão que os pulmões apresentam por unidade de aumento de pressão transpulmonar (se tempo suficiente para atingir o equilíbrio).
A complacência é determinada pelas:
- Forças elásticas do tecido pulmonar 
- Força causada pela tensão superficial do líquido que reveste a superfície interna da parede dos alvéolos.
Diagrama de Complacência dos Pulmões.
O diagrama que relaciona as alterações do volume
Pulmonar com as mudanças da pressão transpulmonar. Observe que a relação é diferente para a inspiração e para a expiração. Cada curva é registrada pelas mudanças da pressão transpulmonar em pequenos passos, permitindo-se que o volume pulmonar atinja nível estável entre passos sucessivos. As duas curvas são denominadas, respectivamente, curva de complacência inspiratória e curva de complacência expiratória, e todo o diagrama é chamado diagrama da complacência pulmonar.
Surfactante e a tensão superficial
Princípios da Tensão Superficial: Quando a água forma uma superfície de contato com o ar, as moléculas da água na superfície têm atração especialmente forte umas pelas outras. Como resultado, a superfície da água está sempre tentando se contrair. Isto é o que mantém as gotas de chuva unidas. 
Agora, vamos reverter esses princípios e ver o que
Acontece nas superfícies internas do alvéolo.
Aí, a superfície da água também está tentando se contrair. Isso resulta em tentativa de forçar o ar para fora do alvéolo, pelo brônquio, e, ao fazer isso, induz o colapso do alvéolo. O efeito global é o de causar força contrátil elástica de todo o pulmão que é referida como força elástica da tensão superficial.
Surfactante (fosfolipídios, proteínas e íons) é um agente ativo da superfície da água, significando que ele reduz bastante a tensão superficial da água. É secretado pelos pneumócitos II presentes no epitélio alveolar.
Caso as vias aéreas que levam aos alvéolos pulmonares estejam bloqueadas, a tensão superficial, no alvéolo, tende a colapsá-lo. Isso cria pressão positiva alveolar, tentando empurrar o ar para fora. A quantidade de pressão, gerada dessa maneira, no alvéolo, pode ser calculada a partir da seguinte fórmula:
Pressão = 2X Tensão Superficial/Raio
O surfactante é importante na redução da tensão superficial alveolar e, assim, na redução do esforço requerido pelos músculos respiratórios para expandir os pulmões. 
O surfactante não começa a ser secretado nos alvéolos até o sexto ou sétimo mês de gestação e, em alguns casos, até mesmo mais tardiamente.
Assim, muitos recém-nascidos prematuros têm pouco ou nenhum surfactante nos alvéolos quando nascem, e os seus pulmões têm tendência extrema ao colapso, algumas vezes de seis a oito vezes maior que a de pessoa adulta. Essa situação causa a condição chamada síndrome de angústia adulta. Isso causa a condição chamada respiratória do recém-nascido. Ela é fatal, caso não seja tratada com medidas enérgicas, especialmente, respiração assistida por pressão positiva contínua.
Volumes Pulmonares
Existem 4 volumes pulmonares, que, quando somados, são iguais ao volume máximoque os pulmões podem expandir.
Volume Corrente (VT) = vol. de ar inspirado e expirado em cada ciclo ventilatório normal 
Volume de Reserva Inspiratória (VRI) = vol. de ar que ainda pode ser inspirado ao final da inspiração normal, quando a pessoa inspira com força total (geralmente cerca de 3 000ml)
Volume de Reserva Expiratória (VRE) = vol. de ar extra que pode ser expirado na expiração forçada, após o final de expiração corrente normal. (Geralmente cerca de 1 100ml) 
Volume Residual (VR) = vol. de ar que permanece nos pulmões mesmo sob expiração forçada. (1 200ml)
Capacidades respiratórias
Capacidade Inspiratória = VT + VRI, essa capacidade é a quantidade de ar (cerca de 3500ml) que a pessoa pode respirar, começando a partir do nível respiratório normal e distendendo os pulmões até o seu máximo.
Capacidade Residual Funcional = VRE + VR, essa capacidade é a quantidade de ar que permanece nos pulmões, ao final da expiração normal. ( cerca de 2 300ml) 
Capacidade Vital = VRI + VT + VRE, essa capacidade é a quantidade máxima de ar que a pessoa pode expelir dos pulmões após primeiro enchê-los à sua extensão máxima e, então, expirar, também a sua extensão máxima. (Cerca de 4600ml) 
Capacidade Pulmonar Total = Cap. Vital + VR, é o volume máximo a que os pulmões podem ser expandidos com o maior esforço. (Cerca de 5800ml)
Trocas gasosas
O2 e CO2 difusão pela superfície respiratória 
M = D. A (a1 - a2) /x 
Onde: M = massa de gás transferido 
D = coeficiente de permeabilidade da membrana A = área livre de difusão
X = distância de difusão 
(A1 - a2) = diferença de concentração na superfície respiratória
 - Envolvimento do sistema circulatório. 
- Lei de Grahm’s = taxa de difusão de uma substância através de um dado gradiente é inversamente proporcional ao seu peso molecular ou densidade. 
- Taxas de O2 necessário e CO2 produzido são semelhantes.
Espaço morto anatômico e fisiológico
Parte do ar que a pessoa respira nunca alcança as áreas de trocas gasosas, por simplesmente preencher as vias respiratórias onde essas trocas nunca ocorrem, tais como o nariz, a faringe e a traqueia. Esse ar é chamado ar do espaço morto, por não ser útil para as trocas gasosas.
Na expiração, o ar do espaço morto é expirado primeiro, antes de qualquer ar dos alvéolos alcançar a atmosfera. Portanto, o espaço morto é muito desvantajoso para remover os gases expiratórios dos pulmões.
Ocasionalmente, alguns dos próprios alvéolos podem ser não funcionantes ou parcialmente funcionantes por causa da ausência ou redução do fluxo sanguíneo pelos capilares pulmonares adjacentes. Assim, do ponto de vista funcional, esses alvéolos também devem ser considerados como parte do espaço morto. –espaço morto fisiológico.
Controle Neural e Local da Musculatura Bronquiolar:
· Dilatação simpática dos brônquios: O controle direto dos bronquíolos pelas fibras nervosas simpáticas é relativamente fraco porque poucas dessas fibras penetram nas porções centrais do pulmão. Entretanto, a árvore brônquica é muito mais exposta à noroepinefrina epinefrina (receptores betadrenérgicos) liberadas na corrente sanguínea pela estimulação simpática da medula da glândula adrenal. Ambos os hormônios causam dilatação da árvore brônquica.
· Dilatação parassimpática dos brônquios: Poucas fibras parassimpáticas penetram no parênquima pulmonar. Os nervos secretam acetilcolina e, quando ativados, provocam constrição leve a moderada dos bronquíolos.
Pressão parcial dos gases
A pressão parcial de um gás numa mistura gasosa corresponde à pressão que este gás exerceria caso estivesse sozinho ocupando todo o recipiente, à mesma temperatura da mistura ideal. - É a força que os gases exercem sobre os componentes de uma mistura gasosa-
Pressão Parcial nos alvéolos:
Oxigênio e CO2: A concentração de O2 e de CO2 nos alvéolos e também sua pressão parcial são controlados (1) pela intensidade de absorção de O2 e de CO2 pelo sangue; e (2) pela intensidade de entrada de novo O2 e CO2 nos pulmões pelo processo ventilatório.
Difusão de gases através da membrana respiratória
As paredes alveolares são extremamente finas e, entre os alvéolos, existe malha quase sólida de capilares interconectados, devido à extensão do plexo capilar, o fluxo de sangue na parede alveolar é descrito como “lâmina” de fluxo sanguíneo.
Assim, é óbvio que os gases alveolares estão bastante próximos do sangue dos capilares pulmonares. Ademais, a troca gasosa entre o ar alveolar e o sangue pulmonar se dá através das membranas de todas as porções terminais dos pulmões, e não apenas nos próprios alvéolos. Todas essas membranas são conhecidas coletivamente como a membrana respiratória, também denominada membrana pulmonar.
CAMADAS DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA:
As diferentes camadas da membrana respiratória:
1. Camada de líquido revestindo o alvéolo e contendo surfactante, que reduz a tensão superficial do líquido alveolar.
2. Epitélio alveolar, composto por células epiteliais finas.
3. Membrana basal epitelial.
4. Espaço intersticial delgado entre o epitélio alveolar e a membrana capilar.
5. Membrana basal capilar que, em muitos locais, se funde com a membrana basal do epitélio alveolar.
6. Membrana endotelial capilar
FATORES QUE AFETAM A INTENSIDADE DA DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA: 
1. A espessura da membrana respiratória
2. A área superficial da membrana 
3. O coeficiente de difusão do gás na substância da membrana
4. A diferença de pressão parcial do gás entre os dois lados da membrana.
Cpacidade de difusão do o2 e do CO2
O2 = 21ml/min/mmHg
CO2 = 400 a 450 ml/min/mmHg
Transporte de O2 no sangue
O O2 se difunde dos alvéolos para o sangue dos capilares pulmonares porque a pressão parcial do O2 (PO2) nos alvéolos é maior do que a PO2 no sangue capilar pulmonar. Nos outros tecidos do corpo, a PO2 maior no sangue capilar do que nos tecidos faz com que o O2 se difunda para as células adjacentes.
- 1 Molécula de hemoglobina combina-se com 4 moléculas de O2 
- Ligação O2 + hemoglobina depende da pressão parcial do gás
Curva de dissociação de O2:
A curva de dissociação oxigênio-hemoglobina, apresenta aumento progressivo da porcentagem de hemoglobina ligada ao O2, à medida que a PO2 do sangue se eleva, o que é denominado percentual de saturação de hemoglobina.
No sangue arterial, a saturação usual de O2 é de 97%. No sangue venoso, a saturação usual de O2 é de 75%
Fatores que desviam a curva de saturação de O2:
Uma série de fatores pode deslocar a curva em uma ou outra direção, quando o sangue fica ligeiramente ácido, com a queda do pH do valor normal de 7,4 para 7,2, a curva de dissociação de oxigênio-hemoglobina se desloca em média por cerca de 15% para a direita. Por outro lado, o aumento do pH do normal de 7,4 para 7,6 desloca a curva de maneira semelhante para a esquerda.
Além das variações do pH, sabe-se que vários outros fatores alteram a curva. Três deles, todos deslocando a curva para a direita, são (1) maior concentração de dióxido de carbono, (2) aumento da temperatura corporal, e (3) aumento do 2,3-bifosfoglicerato (BPG), composto fosfático metabolicamente importante presente no sangue em diferentes concentrações, sob diferentes condições metabólicas.
Transporte de CO2 no sangue
O transporte de dióxido de carbono pelo sangue não é tão problemático quanto o transporte de oxigênio, pois mesmo nas condições mais anormais o dióxido de carbono usualmente pode ser transportado em quantidades bem maiores do que o oxigênio.
· CO2 difunde-se para o líquido intersticial e deste para os capilares 
· Ligação com a hemoglobina cerca de 230 vezes mais forte 
· Curva de dissociação semelhante à do O2, porém a PCO2 é cerca de 1/230 da de O2
Formas de CO2 transportado:
· Dissolvido no plasma - 2,7%
· Íon bicarbonato - 70%
· Combinado com hemoglobina - 23%
· Íon carbonato - 4,3%
Difusão de CO2:
Quando o O2 é usado pelas células, virtualmente, todo ele se torna CO2, o que aumenta a Pco2 intracelular. Devido a essa Pco.2 elevada das células teciduais, o CO2 se difunde das células para os capilares teciduaise é, então, transportado pelo sangue para os pulmões. Nos pulmões, ele se difunde dos capilares pulmonares para os alvéolos, onde é expirado.
Assim, em cada ponto da cadeia de transporte gasoso o CO2 se difunde em direção exatamente oposta à difusão do O2. Contudo, existe grande diferença entre a difusão de CO2 e a do O2: o CO2 consegue se difundir cerca de 20 vezes mais rápido que o O2. Portanto, as diferenças de pressão necessárias para causar a difusão do CO2 são, em cada instância, bem menores que as diferenças de pressão necessárias para causar a difusão de O2.
Regylação
-A taxa do fluxo sanguíneo (Q) na superfície respiratória está relacionada à necessidade de troca nos tecidos e com a capacidade do sg de transporte de gases. 
-A ventilação (V) de ar deve ser ajustada com a taxa do fluxo sg para garantir o suprimento de O2. - A razão V/Q na sup. resp. depende da diferença de concentração do gás entre o sg arterial e o sg venoso e, ainda, entre o ar inalado e exalado.
Para V/Q = 0 - PO2 = 40 mmHg (=sg venoso misto) - PCO2 = 45 mmHg 
Para V/Q = infinito - PO2 = 149 mmHg (ar inspirado úmido) - PCO2 = 0 mmHg 
Para V/Q = normal - PO2 = 104 mmHg - PCO2 = 40 mmHg
Derivação Fisiológica ou “Shunt” = V/Q menor que o normal “Espaço morto Fisiológico” = V/Q maior que normal 
- V ocorre vasoconstrição. 
- V ocorre vasodilatação.
V/Q Anormal na Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC):
Fumantes> aprisionamento de ar alveolar, com consequente enfisema. 
Enfisema> paredes alveolares destruídas duas anormalidades 
V/Q anormal: Quando pequenos bronquíolos são obstruídos, os alvéolos, além das obstruções, não são ventilados, causando V/Q próxima de zero. 
Nas áreas do pulmão onde as paredes alveolares foram destruídas, mas ainda resta ventilação alveolar, grande parte da ventilação é desperdiçada por causa do fluxo sanguíneo inadequado para transportar os gases sanguíneos.
 Na DPOC pode apresentar então áreas com derivação fisiológica e áreas de aumento de espaço morto fisiológico
Regulação nervosa da respiração:
Centro respiratório:
O centro respiratório se compõe por diversos grupos de neurônios localizados bilateralmente no bulbo e na ponte do tronco cerebral. Esse centro respiratório se divide em três agrupamentos principais de neurônios: 
(1) o grupo respiratório dorsal, situado na porção dorsal do bulbo, responsável principalmente pela inspiração; 
(2) o grupo respiratório ventral, localizado na parte ventrolateral do bulbo, encarregado basicamente da expiração; 
(3) o centro pneumotáxico, encontrado na porção dorsal superior da ponte, incumbido essencialmente do controle da frequência e da amplitude respiratória.
Ventilação pulmonar - ação do diafragma e músculos intercostais. Esses músculos são ativados por neurônios motores espinais e nervo glossofaríngeo, que recebe impulsos de neurônios dos centros respiratórios medulares.
Gerador rítmico central dependente de quimiorreceptores centrais e periféricos, bem como receptores pulmonares de estiramento. 
- Centro respiratório medular 
· Neurônios inspiratórios
· Neurônios expiratórios
Inibição reflexa pelo vago através dos receptores pulmonares de estiramento.
Quimiorreceptores em corpúsculos aórticos e corpúsculo carotídeo, além da área quimiossensível no bulbo (0,2 mm abaixo da superfície ventral do bulbo) – área sensível às alterações sanguíneas da Pco2 ou da concentração dos íons hidrogênios. Tal área, por sua vez, estimula outras porções do centro respiratório.
Inervação pelos nervos cranianos glossofaríngeo e vago.
Sistema quimioreceptor periférico para o controle da atividade sanguínea:
Além do controle da atividade respiratória pelo centro respiratório, ainda existe outro mecanismo disponível para o controle da respiração. Esse mecanismo é o sistema quimiorreceptor periférico.
Tais receptores são especialmente relevantes para a detecção de variações sanguíneas de O2, embora também respondam em menor grau alterações das concentrações de CO2 e dos íons hidrogênio. Os quimiorreceptores transmitem sinais neurais para o centro respiratório encefálico, para ajudar a regular a atividade respiratória.
Quimiorreceptores são sempre expostos ao sangue arterial, e não ao sangue venoso, e seus valores de Po2 são os valores de Po2 arterial.