Fisiologia sistema respiratório

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SISTEMA RESPIRATÓRIO
1. Fisiologia do Sistema Respiratório
Volumes respiratórios e capacidades pulmonares:
VOLUMES:
· A respiração normal envolve inspiração e expiração de um volume corrente (CV). O volume corrente normal é de aproximadamente 500 mL e inclui o volume de ar que preenche os alvéolos mais o volume de ar que preenche as vias aéreas.
· O volume adicional que pode ser inspirado acima do volume corrente é denominado volume de reserva inspiratório, que é de aproximadamente 3.000 mL. 
· O volume adicional que pode ser expirado abaixo do volume corrente é chamado de volume de reserva expiratório, que é de aproximadamente 1.200 mL.
· O volume de gás que ainda permanece nos pulmões após uma expiração forçada máxima é o volume residual (VR), que é de aproximadamente 1.200 ml.
CAPACIDADES
· A capacidade inspiratória (CI) é composta pelo volume corrente mais o volume de reserva inspiratório e é aproximadamente 3.500 mL (500 mL + 3.000 mL).
· A capacidade residual funcional (CRF) é composta pelo volume de reserva expiratório (VRE) mais o VR, ou aproximadamente 2.400 mL (1.200 mL + 1.200 mL). 
· CRF é o volume restante nos pulmões depois que um volume corrente normal é expirado e pode ser considerado como o volume de equilíbrio dos pulmões. 
· A capacidade vital (CV) é composta pela CI mais o volume de reserva expiratório, ou aproximadamente 4.700 mL (3.500 mL + 1.200 mL). A capacidade vital é o volume que pode ser expirado após uma inspiração máxima. Seu valor aumenta com o tamanho do corpo, gênero masculino e condicionamento físico, e diminui com a idade.
· A capacidade pulmonar total (CPT) inclui todos os volumes pulmonares: é a capacidade vital mais o VR, ou 5.900 mL (4.700 mL + 1.200 mL).
Espaço morto: volume das vias aéreas e pulmões que não participa nas trocas gasosas. Pode se referir tanto ao espaço morto anatômico das vias aéreas condutoras quanto a um espaço morto funcional ou fisiológico.
Anatômico: volume das vias aéreas condutoras, incluindo o nariz (e/ou boca), a traqueia, os brônquios e os bronquíolos. Não inclui bronquíolos respiratórios e alvéolos. O volume das vias aéreas condutoras é de aproximadamente 150 mL.
Fisiológico: é o volume total dos pulmões que não participa na troca gasosa. O espaço morto fisiológico inclui o espaço morto anatômico das vias aéreas condutoras mais o espaço morto funcional nos alvéolos.
Em pessoas normais, o espaço morto fisiológico é quase igual ao espaço morto anatômico, mas em certas situações patológicas, o espaço morto fisiológico pode tornar-se maior do que o espaço morto anatômico, sugerindo uma anormalidade da relação ventilação/perfusão.
Intensidade da Ventilação
É o volume de ar movido para dentro e para fora dos pulmões por unidade de tempo. 
Pode ser expressa como a ventilação minuto, que é a quantidade total de ar movimentado para dentro e para fora dos pulmões por unidade de tempo, ou como ventilação alveolar, que desconsidera a ventilação do espaço morto fisiológico.
MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO
Músculos Usados para Respirar
Músculos da Inspiração
O diafragma é o músculo mais importante para a inspiração. Quando o diafragma se contrai, o conteúdo abdominal é pressionado para baixo e as costelas são elevadas para cima e para fora. Essas alterações produzem um aumento no volume intratorácico, o que diminui a pressão intratorácica e inicia o fluxo de ar para dentro dos pulmões. 
Quando há aumento da frequência de respiração e do volume corrente, os músculos intercostais externos e os músculos acessórios também podem ser usados para uma inspiração mais vigorosa.
Músculos da Expiração
A expiração normalmente é um processo passivo. O ar é conduzido para fora dos pulmões pelo gradiente de pressão reverso entre os pulmões e a atmosfera, até que o sistema atinja seu ponto de equilíbrio novamente. 
Durante o exercício ou em doenças em que a resistência das vias aéreas está aumentada (p. ex., asma), os músculos expiratórios podem auxiliar o processo expiratório. 
Os músculos da expiração incluem os músculos abdominais, que comprimem a cavidade abdominal e empurram o diafragma para cima, e os músculos intercostais internos, que puxam as costelas para baixo e para dentro.
Complacência
O conceito de complacência descreve a capacidade de distensão do sistema. 
A complacência pulmonar descreve a alteração no volume pulmonar para uma dada mudança de pressão.
A complacência dos pulmões e da parede torácica é inversamente correlacionada com suas propriedades elásticas ou elastância - quanto maior a quantidade de tecido elástico, maior a tendência para “se retrair”, e quanto maior a força de retração elástica, menor será a complacência.
Tensão Superficial dos Alvéolos
Os alvéolos são revestidos internamente com uma delgada camada, ou um filme, de líquido. As forças de atração entre moléculas adjacentes do líquido são mais fortes do que as forças de atração entre moléculas do líquido e as moléculas de gás nos alvéolos, o que cria uma tensão superficial, que gera uma pressão que tende a colapsar a esfera.
Ao reduzir a tensão superficial, o surfactante reduz a pressão de colapso para um determinado raio. O surfactante fornece outra vantagem para a função pulmonar: aumenta a complacência pulmonar, o que reduz o trabalho de expansão dos pulmões durante a inspiração.
Fatores que interferem no fluxo de ar:
O fluxo de ar (Q) é diretamente proporcional à diferença de pressão (∆P) entre a boca ou nariz e os alvéolos e é inversamente proporcional à resistência das vias aéreas (R). 
Diferença de pressão:
A diferença de pressão é a força motriz - sem uma diferença de pressão, o fluxo de ar não ocorrerá: Entre as respirações, a pressão alveolar é igual a pressão atmosférica; não há gradiente de pressão, nenhuma força motriz e nenhum fluxo de ar. 
Por outro lado, durante a inspiração, o diafragma se contrai para aumentar o volume pulmonar, o que diminui a pressão alveolar e estabelece um gradiente de pressão determinando um fluxo de ar para dentro dos pulmões.
Os brônquios de tamanho médio são os locais de maior resistência das vias aéreas. Parece que as menores vias aéreas proporcionariam a maior resistência ao fluxo de ar, com base na relação inversa de quarta potência entre resistência e raio. No entanto, devido ao arranjo em paralelo, as menores vias aéreas, coletivamente, não possuem a maior resistência. 
Alterações na Resistência das Vias Aéreas
As mudanças no diâmetro das vias aéreas proporcionam o mecanismo principal para alterar a resistência e o fluxo de ar. O músculo liso nas paredes das vias aéreas condutoras é inervado por fibras nervosas autonômicas; quando ativadas, essas fibras produzem constrição ou dilatação das vias aéreas. 
As mudanças no volume pulmonar e na viscosidade do ar inspirado também podem alterar a resistência ao fluxo de ar.
♦ Sistema nervoso autônomo. O músculo liso brônquico é inervado por fibras nervosas parassimpáticas colinérgicas e por fibras nervosas simpáticas adrenérgicas. 
A ativação dessas fibras produz constrição ou dilatação do músculo liso brônquico, que diminui ou aumenta o diâmetro das vias aéreas, da seguinte forma: (1) A estimulação parassimpática produz a constrição do músculo liso brônquico, diminuindo o diâmetro das vias aéreas e aumentando a resistência ao fluxo de ar. A constrição do músculo liso brônquico também ocorre na asma e em resposta a irritantes. 
(2) A estimulação simpática produz relaxamento do músculo liso brônquico através da estimulação dos receptores β2. O relaxamento do músculo liso brônquico resulta em aumentos no diâmetro das vias aéreas e diminuição da resistência ao fluxo de ar. Portanto, os agonistas β2 como epinefrina, isoproterenol e albuterol produzem relaxamento do músculo liso brônquico, o que justifica sua utilidade no tratamento da asma.
♦ Volume do pulmão. As alterações no volume pulmonar alteram a resistência das vias aéreas; a redução do volume pulmonar aumenta a resistência das vias aéreas, e o aumento do volume pulmonar diminui a resistência das vias aéreas. 
Um mecanismo para os efeitosdo volume pulmonar envolve a interdependência dos alvéolos, ou seja, os alvéolos tendem a manter os alvéolos adjacentes abertos por tração radial ou amarração mecânica. Quando os alvéolos estão mais insuflados (maior volume pulmonar), eles puxam radialmente tanto os alvéolos adjacentes como os bronquíolos próximos e, dessa forma, abrem os bronquíolos e diminuem suas resistências. 
♦ Viscosidade do ar inspirado (η). Embora não sejam comuns, os aumentos da viscosidade do gás (p. ex., como ocorrem durante o mergulho profundo no mar) produzem aumentos de resistência, enquanto que a diminuição da viscosidade (p. ex., a respiração de um gás de baixa densidade, como o hélio) produz diminuição da resistência.
CICLO RESPIRATÓRIO
O ciclo respiração é dividido em 3 fases: repouso (período entre respirações), inspiração e expiração.
Repouso
O repouso é o período entre os ciclos respiratórios quando o diafragma está em sua posição de equilíbrio (relaxado). Em repouso, nenhum ar se move para dentro ou para fora dos pulmões. A pressão alveolar é igual à pressão atmosférica e, como as pressões pulmonares são sempre referidas à pressão atmosférica, a pressão alveolar é zero. Não há fluxo de ar em repouso porque não há diferença de pressão entre a atmosfera e os alvéolos.
Em repouso, a pressão intrapleural é negativa, ou de, aproximadamente, -5 cm H2O. A razão pela qual a pressão intrapleural é negativa é que as força colapsante dos pulmões e de expansão da parede torácica se opõe uma à outra e criam uma pressão negativa no espaço intrapleural. 
A pressão negativa externa (isto é, pressão intrapleural negativa) mantém os pulmões insuflados ou expandidos. A pressão transmural através dos pulmões em repouso é de +5 cm H2O (pressão alveolar menos pressão intrapleural), o que significa que essas estruturas estarão abertas.
O volume presente nos pulmões em repouso é o volume de equilíbrio ou CRF, que, por definição, é o volume restante nos pulmões após uma expiração normal.
Inspiração
Durante a inspiração, o diafragma se contrai, fazendo com que o volume do tórax aumente. À medida que o volume pulmonar aumenta, a pressão nos pulmões deve diminuir. 
Na metade do processo inspiratório, a pressão alveolar cai abaixo da pressão atmosférica (-1 cm H2O). O gradiente de pressão entre a atmosfera e os alvéolos direciona o fluxo de ar para dentro do pulmão. O ar flui para dentro dos pulmões até que, no final da inspiração, a pressão alveolar é mais uma vez igual à pressão atmosférica; o gradiente de pressão entre a atmosfera e os alvéolos se dissipou e o fluxo de ar para os pulmões cessa. 
O volume de ar inspirado em uma respiração é o volume corrente (VC), que é de aproximadamente 0,5 L. Assim, o volume presente nos pulmões no final da inspiração normal é o CRF mais um volume corrente (CRF + VC).
Durante a inspiração, a pressão intrapleural torna-se ainda mais negativa do que em repouso. Há duas explicações para este efeito: (1) À medida que o volume pulmonar aumenta, a retração elástica dos pulmões também aumenta e puxa mais fortemente os pulmões contra o espaço intrapleural, e (2) a pressão das vias aéreas e a pressão alveolar tornam-se negativas.
Juntos, esses dois efeitos fazem com que a pressão intrapleural se torne mais negativa, ou aproximadamente -8 cm H2O no final da inspiração. A extensão na qual a pressão intrapleural se altera durante a inspiração pode ser usada para estimar a complacência dinâmica dos pulmões.
Expiração
Normalmente, a expiração é um processo passivo. A pressão alveolar torna-se positiva (maior que a pressão atmosférica) porque as forças elásticas dos pulmões comprimem o maior volume de ar nos alvéolos. 
Quando a pressão alveolar aumenta acima da pressão atmosférica, o ar flui para fora dos pulmões e o volume nos pulmões retorna à CRF. O volume expirado é o volume corrente.
No final da expiração, todos os volumes e pressões retornam aos seus valores de repouso e o sistema está pronto para iniciar o próximo ciclo respiratório.
Expiração Forçada
Em uma expiração forçada, a pessoa expira, deliberada e forçadamente, o máximo possível. Os músculos expiratórios são usados para tornar as pressões no pulmão e nas vias aéreas ainda mais positivas do que aquelas registradas em uma expiração normal e passiva. 
Durante uma expiração passiva normal, a pressão alveolar é de +1 cm H2O, e na expiração forçada, a pressão das vias aéreas é de +25 cm H2O e a pressão alveolar é de + 35 cm H2O.
Durante a expiração forçada, a contração dos músculos expiratórios também aumenta a pressão intrapleural, agora para um valor positivo de, por exemplo, +20 cm H2O. 
Os pulmões e as vias aéreas se colapsarão sob essas condições de pressão intrapleural positiva? Não, enquanto a pressão transmural for positiva, as vias aéreas e os pulmões permanecerão abertos. Durante a expiração forçada normal, a pressão transmural através das vias aéreas é a pressão das vias aéreas menos a pressão intrapleural, ou +5 cm H2O (+25 - [+20] = +5 cm H2O); a pressão transmural através dos pulmões é a pressão alveolar menos a pressão intrapleural, ou +15 cm H2O (+35 - [+20] = + 15 cm H2O). Portanto, tanto as vias aéreas quanto os alvéolos permanecerão abertos porque as pressões transmurais são positivas. A expiração será rápida e forte porque o gradiente de pressão entre os alvéolos (+35 cm H2O) e a atmosfera (0) é muito maior do que o normal.
Ciclo respiratório normal
Fonte: Costanzo, Linda S. Fisiologia / Linda S. Costanzo
Trocas gasosas
A troca de gás no sistema respiratório refere-se à difusão de O2 e CO2 nos pulmões e nos tecidos periféricos. O2 é transferido do gás alveolar para o sangue do capilar pulmonar e, em última instância, é entregue aos tecidos, onde se difunde do sangue capilar sistêmico para as células. CO2 é transferido dos tecidos para o sangue venoso, para o sangue capilar pulmonar e, então, para o gás alveolar para ser expirado.
Os capilares pulmonares são perfundidos com sangue do coração direito (o equivalente de sangue venoso misto). A troca de gases ocorre então entre o gás alveolar e o capilar pulmonar: o O2 se difunde do gás alveolar para o sangue capilar pulmonar e o CO2 se difunde do sangue capilar pulmonar para o gás alveolar. O sangue que deixa o capilar pulmonar torna-se sangue arterial sistêmico e é levado para o coração esquerdo.
♦ No ar inspirado seco, a PO2 é de aproximadamente 160 mmHg, a qual é calculada multiplicando a pressão barométrica pela concentração fracionada de O2, 21% (760 mmHg × 0,21 = 160 mmHg). Não há CO2 no ar seco inspirado; sendo a PCO2 igual a zero.
♦ No ar traqueal umidificado, assume-se que o ar se torne totalmente saturado com vapor de água. À temperatura de 37 °C, a PH2O é de 47 mmHg. Assim, em comparação com o ar seco inspirado, a PO2 é reduzida porque o O2 é “diluído” pelo vapor de água. 
Assim, a PO2 do ar traqueal umidificado é de 150 mmHg ([760 mmHg - 47 mmHg] × 0,21 = 150 mmHg). Como não há CO2 no ar inspirado, a PO2 do ar traqueal umidificado também é zero.
O ar umidificado entra nos alvéolos, onde ocorrem as trocas gasosas.
♦ No ar alveolar, os valores para PO2 e PCO2 são substancialmente alterados quando comparados com o ar inspirado - PAO2 é 100 mmHg, que é menor do que no ar inspirado, e PACO2 é 40 mmHg, o que é maior do que no ar inspirado. 
Essas mudanças ocorrem porque o O2 deixa o ar alveolar e é adicionado ao sangue capilar pulmonar, e o CO2 deixa o sangue capilar pulmonar e entra no ar alveolar - a transferência de O2 para o sangue alveolar é igual ao consumo de O2 pelo corpo, e a transferência de CO2 para o ar alveolar é igual à produção de CO2.
♦ A composição do sangue venoso misto (que banha os capilares pulmonares) reflete a atividade metabólica dos tecidos: a PO2 é relativamente baixa, 40 mmHg, porque os tecidos extraíram e consumiram O2; a PCO2 é relativamente alta, 46 mmHg, porque os tecidos produziram CO2 e o adicionaram ao sangue venoso.
♦ O sangue que sai dos capilares pulmonares foi arterializado (oxigenado) e se tornará sangue arterial sistêmico. Como a difusão degases através da barreira alvéolo/capilar é rápida, o sangue que sai dos capilares pulmonares normalmente tem a mesma PO2 e PCO2 que o ar alveolar (isto é, há equilíbrio completo). 
Portanto, PaO2 é 100 mmHg e PaCO2 é 40 mmHg, assim como PAO2 é 100 mmHg e PACO2 é 40 mmHg. Este sangue arterializado retornará ao coração esquerdo, será então bombeado do ventrículo esquerdo para a aorta, iniciando novamente o ciclo.
Troca Gasosa Limitada por Difusão e por Perfusão
As trocas gasosas através da barreira alvéolo/capilar pulmonar são descritas como sendo limitadas por perfusão ou por difusão.
♦ As trocas gasosas limitadas por difusão significam que a quantidade total de gás transportada através da barreira alvéolo-capilar é limitada pelo processo de difusão. 
Nestes casos, enquanto o gradiente de pressão parcial para o gás for mantido, a difusão continuará ao longo do comprimento do capilar.
♦ As trocas gasosas limitadas por perfusão significam que a quantidade total de gás transportada através da barreira alvéolo-capilar é limitada pelo fluxo sanguíneo (isto é, perfusão) através dos capilares pulmonares. 
Nas trocas limitadas pela perfusão, o gradiente de pressão parcial não é mantido e, neste caso, a única maneira de aumentar a quantidade de gás transportado é aumentando o fluxo sanguíneo.
TRANSPORTE DE GASES E HEMATOSE
Transporte do oxigênio no sangue
O O2 é transportado em duas formas no sangue: dissolvido e ligado à hemoglobina. Somente o O2 dissolvido é insuficiente para suprir as demandas metabólicas dos tecidos; assim, uma segunda maneira de transporte é necessária; o O2 combinado com a hemoglobina.
O2 Dissolvido
O2 dissolvido apresenta-se livre em solução e contabiliza aproximadamente 2% do total de O2 no sangue.
Essa é a única forma de O2 que produz pressão parcial, que, por sua vez, impulsiona a difusão de O2, e o O2 ligado à hemoglobina não contribui para a geração de pressão parcial no sangue - a concentração de O2 dissolvido é proporcional à pressão parcial de O2.
O2 Ligado à Hemoglobina
Os restantes 98% do conteúdo total de O2 do sangue estão reversivelmente ligados à hemoglobina dentro dos eritrócitos. A hemoglobina é uma proteína globular composta por quatro subunidades. Cada subunidade contém um domínio heme, que é uma porfirina ligada ao íon ferro, e uma cadeia polipeptídica designada por α ou β.
A hemoglobina, no adulto, (hemoglobina A) é denominada de α2β2; duas das subunidades possuem cadeias α e duas possuem cadeias β. Cada subunidade pode ligar-se a uma molécula de O2, resultando em um total de quatro moléculas de O2 por molécula de hemoglobina. A percentagem de grupos heme ligados ao O2 é denominada de porcentagem (%) de saturação; assim, 100% de saturação significa que os quatro grupos heme estão ligados ao O2. 
Quando a hemoglobina é oxigenada, é denominada de oxiemoglobina; quando é desoxigenada, chama-se desoxiemoglobina. Para que as subunidades se liguem ao O2, o ferro nos domínios heme deve estar no estado ferroso (isto é, Fe2+).
Curva de Dissociação de O2-Hemoglobina
O O2 combina reversível e rapidamente com a hemoglobina, ligando-se aos grupos heme em cada uma das quatro subunidades da molécula da hemoglobina - nesta configuração, a saturação é de 100%.
A porcentagem de saturação da hemoglobina é uma função da PO2 do sangue, conforme descrito pela curva de associação de O2-hemoglobina. 
O percentual de saturação dos grupos heme não aumenta linearmente à medida que a PO2 aumenta. Em vez disso, o percentual de saturação aumenta acentuadamente à medida que a PO2 aumenta de zero para aproximadamente 40 mmHg, e então se eleva muito lentamente entre 50 mmHg e 100 mmHg. 
Carregamento e descarregamento de O2
O ar alveolar, o sangue capilar pulmonar e o sangue arterial sistêmico têm uma PO2 de 100 mmHg. No gráfico, uma PO2 de 100 mmHg corresponde a quase 100% de saturação, com todos os grupos heme ligados a O2 e a afinidade para o O2 no seu valor mais alto devido à cooperatividade positiva. 
O sangue venoso misto tem uma PO2 de 40 mmHg (porque o O2 difundiu dos capilares sistêmicos para os tecidos). No gráfico, uma PO2 de 40 mmHg corresponde à aproximadamente 75% de saturação e uma menor afinidade da hemoglobina para o O2. 
As alterações na afinidade facilitam o carregamento de O2 nos pulmões (onde PO2 e a afinidade são mais altas) e o descarregamento de O2 nos tecidos (onde PO2 e a afinidade são mais baixas).
De acordo com a afinidade entre hemoglobina e oxigênio, os seres humanos podem tolerar diminuições substanciais na PO2 alveolar até 60 mmHg, sem comprometer significativamente a quantidade de O2 transportada pela hemoglobina.
♦ Nos tecidos, a uma PO2 de 40 mmHg, a hemoglobina está apenas 75% saturada e a afinidade ao O2 diminui. O O2 não está tão fortemente ligado à Hb, o que facilita a liberação de O2 nos tecidos.
O gradiente de pressão parcial para a difusão de O2 nos tecidos é mantido de duas maneiras: primeiro, os tecidos consomem O2, mantendo a PO2 baixa. Em segundo lugar, a menor afinidade para O2 garante que o O2 será descarregado mais facilmente da hemoglobina; 
Dissociação Hb – oxigênio
Hb – O2 Hb + O2
Deslocamentos para a Direita
Os deslocamentos da curva de dissociação de O2-hemoglobina para a direita ocorrem quando há diminuição da afinidade da hemoglobina ao O2. 
Quando a afinidade é diminuída, a liberação de O2 nos tecidos é facilitada. 
Os fatores que reduzem a afinidade da Hb ao O2 são:
♦ Aumentos na PCO2 e diminuição no pH. Quando a atividade metabólica dos tecidos aumenta, a produção de CO2 aumenta; o aumento da PCO2 tecidual causa um aumento na concentração de H+ e uma diminuição do pH. 
Juntos, esses efeitos diminuem a afinidade da hemoglobina para O2, deslocam a curva de dissociação de O2-hemoglobina para a direita, o que facilita o descarregamento de O2 da hemoglobina nos tecidos. 
O efeito da PCO2 e do pH na curva de dissociação de O2-hemoglobina é denominado de efeito de Bohr.
♦ Aumento na temperatura. Os aumentos na temperatura também deslocam para a direta a curva de dissociação de O2-hemoglobina, facilitando o descarregamento de O2 nos tecidos. Considerando o exemplo do músculo esquelético em exercício, esse efeito também é lógico. À medida que o calor é produzido pelo músculo em exercício, a curva de dissociação de O2-hemoglobina desloca-se para a direita, providenciando mais O2 para o tecido.
Desvios para a Esquerda
Os deslocamentos da curva de dissociação de O2-hemoglobina para a esquerda ocorrem quando há aumento da afinidade da hemoglobina ao O2. 
♦ Reduções na PCO2 e aumentos no pH. Os efeitos das reduções na PCO2 e do aumento no pH são, novamente, o efeito de Bohr. Quando há uma diminuição no metabolismo dos tecidos, diminui a produção de CO2, diminui a concentração de H+ e aumenta o pH, resultando em um deslocamento da curva de dissociação de O2-hemoglobina para a esquerda. 
♦ Diminuições da temperatura. Diminuições da temperatura causam o efeito contrário aos aumentos da temperatura - a curva se desloca para a esquerda. Quando o metabolismo dos tecidos diminui, menos calor é produzido e menos O2 é descarregado para os tecidos.
♦ Hemoglobina F. Conforme descrito anteriormente, a HbF é a variante fetal da hemoglobina. As cadeias β da hemoglobina do adulto (hemoglobina A) são substituídas por cadeias γ na HbF. Esta modificação resulta em maior afinidade da hemoglobina ao O2.
Transporte de dióxido de carbono no sangue
O CO2 é transportado no sangue em três formas: como CO2 dissolvido, como carbaminoemoglobina (CO2 ligado à hemoglobina), e como bicarbonato (HCO3-), que é uma forma quimicamente modificada do CO2. 
CO2 Dissolvido
Tal como acontece com O2, uma porção do CO2 no sangue está na forma dissolvida, correspondendo à aproximadamente 5% do conteúdo total de CO2 do sangue. 
Carbaminoemoglobina
O CO2 liga-se aos grupos terminais amina nas proteínas. Quando o CO2 está ligado à hemoglobina, é denominado de carbaminoemoglobina, que representa aproximadamente 3% do CO2 total.
O CO2 liga-se à hemoglobina em um sítio diferente daquele em que oO2 se liga. A ligação do CO2 à hemoglobina reduz a afinidade da hemoglobina para o O2 e provoca um desvio à direta da curva de dissociação de O2-hemoglobina (efeito de Bohr).
Por sua vez, O2 ligado à hemoglobina altera a afinidade da hemoglobina ao CO2, de modo que quanto menos O2 estiver ligado, maior a afinidade da hemoglobina para o CO2 (o efeito de Haldane). 
Estes efeitos mútuos de O2 e CO2 sobre suas ligações com a hemoglobina faz sentido – nos tecidos, à medida que o CO2 é produzido e se liga à hemoglobina, a afinidade da hemoglobina ao O2 é diminuída e o O2 é descarregado para os tecidos mais prontamente; por sua vez, a liberação de O2 da hemoglobina aumenta sua afinidade para o CO2 que está sendo produzido nos tecidos.
HCO3-
Quase todo o CO2 transportado no sangue está em uma forma quimicamente modificada, HCO3-, que representa mais de 90% do CO2 total. 
Nos tecidos, o CO2 gerado a partir do metabolismo aeróbio é adicionado ao sangue capilar sistêmico, convertido em HCO3- .
Nos pulmões, o HCO3- é reconvertido em CO2 e expirado. 
Mecanismo de formação do HCO3-
1. O CO2 se difunde através das membranas celulares e através da parede capilar, para dentro dos eritrócitos, o que ocorre por simples difusão, impulsionado pelo gradiente de pressão parcial para o CO2.
2. A anidrase carbônica encontra-se em alta concentração nos eritrócitos. Ela catalisa a hidratação do CO2 para formar H2CO3. 
3. Nos eritrócitos, o H2CO3 se dissocia em H+ e HCO3-. O H+ permanece nos eritrócitos, onde será tamponado pela desoxiemoglobina e o HCO3- é transportado para o plasma.
4. Caso o H+ produzido a partir destas reações permanecesse livre em solução, acidificaria os glóbulos vermelhos e o sangue venoso. Portanto, o H+ deve ser tamponado de modo que o pH dos glóbulos vermelhos (e o sangue) permaneça dentro da faixa fisiológica. 
5. O H+ é tamponado nos eritrócitos pela desoxiemoglobina e é transportado no sangue venoso desta forma. 
O efeito de Bohr afirma que uma maior concentração de H+ causa um deslocamento à direita da curva de dissociação de O2-hemoglobina, o que faz com que a hemoglobina libere O2 mais prontamente para os tecidos; assim, o H+ gerado a partir do CO2 dos tecidos faz com que a hemoglobina libere O2 mais facilmente para os tecidos. Por sua vez, a desoxigenação da hemoglobina a torna um tampão mais efetivo para H+.
6.O HCO3- produzido a partir dessas reações é trocado por Cl- através da membrana dos glóbulos vermelhos (para manter o equilíbrio das cargas) e o HCO3- é levado para os pulmões no plasma do sangue venoso. 
Todas as reações descritas anteriormente ocorrem de forma reversa nos pulmões.
Fluxo sanguíneo nos pulmões
Relações entre Fluxo Sanguíneo Pulmonar, Pressão e Resistência
O fluxo sanguíneo pulmonar é o débito cardíaco do coração direito, que é igual ao débito cardíaco do coração esquerdo. 
O fluxo sanguíneo pulmonar é diretamente proporcional ao gradiente de pressão entre a artéria pulmonar e o átrio esquerdo e é inversamente proporcional à resistência da vasculatura pulmonar (Q = ∆P/R). Quando comparado com a circulação sistêmica, no entanto, a circulação pulmonar é caracterizada por pressões e resistências muito menores, embora o fluxo sanguíneo seja o mesmo. 
Regulação do Fluxo Sanguíneo Pulmonar
O fluxo sanguíneo pulmonar é regulado principalmente alterando a resistência das arteríolas. Tais mudanças na resistência são realizadas por mudanças no tônus do músculo liso arteriolar; na circulação pulmonar, essas alterações são mediadas por substâncias vasoativas locais, especialmente O2.
♦ Vasoconstrição hipóxica: o principal fator que regula o fluxo sanguíneo pulmonar é a pressão parcial de O2 no gás alveolar, PAO2. 
Trata-se de um mecanismo adaptativo, reduzindo o fluxo sanguíneo pulmonar para áreas mal ventiladas onde o fluxo sanguíneo seria “desperdiçado”. Assim, o fluxo sanguíneo pulmonar é redirecionado para longe das regiões mal ventiladas do pulmão, onde as trocas gasosas seriam inadequadas, e em direção a regiões bem ventiladas do pulmão, onde as trocas gasosas serão melhores.
Distribuição do Fluxo Sanguíneo Pulmonar
A distribuição do fluxo sanguíneo pulmonar dentro do pulmão é desigual e pode ser explicada pelos efeitos da gravidade. Quando uma pessoa está de pé, os efeitos gravitacionais não são uniformes e o fluxo sanguíneo é mais baixo no ápice do pulmão (zona 1) e mais alto na base do pulmão (zona 3). (Os efeitos gravitacionais aumentam a pressão hidrostática arterial pulmonar mais na base do pulmão do que no ápice).
Zona 1: Como resultado do efeito gravitacional, a pressão arterial (Pa) no ápice do pulmão pode ser menor do que a pressão alveolar (PA), que é aproximadamente igual à pressão atmosférica. Se Pa for menor que a PA, os capilares pulmonares serão comprimidos pela pressão alveolar mais alta por fora deles. 
Essa compressão fará com que os capilares se fechem, reduzindo o fluxo sanguíneo regional. 
Zona 2: Devido ao efeito gravitacional sobre a pressão hidroestática, a Pa é maior na zona 2 do que na zona 1 e superior à PA. A pressão alveolar, no entanto, é ainda maior do que a pressão venosa pulmonar (PV). 
Embora a compressão dos capilares não represente um problema na zona 2, o fluxo sanguíneo é determinado pela diferença entre as pressões arterial e alveolar, não pela diferença entre as pressões arterial e venosa.
Zona 3: Na zona 3, o efeito gravitacional aumenta as pressões arterial e venosa, e ambas são agora superiores à pressão alveolar. O fluxo sanguíneo na zona 3 é determinado pela diferença entre a pressão arterial e a pressão venosa, como é em outros leitos vasculares. Na zona 3, o maior número possível de capilares está aberto e o fluxo sanguíneo é mais alto.
Relações da Ventilação/Perfusão
A relação ventilação/perfusão (V\Q) é a razão entre a ventilação alveolar e o fluxo sanguíneo pulmonar. Seu valor normal é de 0,8.
Controle da respiração
O volume de ar inspirado e expirado por unidade de tempo é estritamente controlado, tanto em relação à frequência de respiração, quanto ao volume corrente. A respiração é regulada para que os pulmões possam manter a PaO2 e a PaCO2 dentro da faixa normal de variação, mesmo em condições muito variadas.
A respiração é controlada por centros no tronco encefálico. Existem quatro componentes para este sistema de controle: (1) quimiorreceptores para O2, CO2 e H+; (2) mecanorreceptores nos pulmões e articulações; (3) centros de controle para a respiração no tronco encefálico (bulbo e ponte); e (4) músculos respiratórios, cuja atividade é controlada pelos centros do tronco encefálico. 
O controle voluntário também pode ser exercido por comandos do córtex cerebral (p. ex., quando se prende a respiração ou quando se faz hiperventilação voluntária), que podem temporariamente se sobreporem ao tronco encefálico.
Fonte: Costanzo, Linda S. Fisiologia / Linda S. Costanzo
Controle da Respiração pelo Tronco Encefálico
A respiração é um processo involuntário que é controlado pelo bulbo e ponte no tronco encefálico. A frequência de respiração normal e involuntária é controlada por três grupos de neurônios ou centros do tronco encefálico: o centro respiratório bulbar, o centro apnêustico e o centro pneumotáxico.
Centro Respiratório Bulbar
O centro respiratório bulbar está localizado na formação reticular e é composto por dois grupos de neurônios que se distinguem pela localização anatômica: o centro inspiratório (grupo respiratório dorsal [GRD]) e o centro expiratório (grupo respiratório ventral).
♦ Centro inspiratório. O centro inspiratório está localizado no grupo respiratório dorsal (GRD) de neurônios e controla o ritmo básico da respiração ajustando a frequência da inspiração. Este grupo de neurônios recebe aferênicas sensoriais dos quimiorreceptores periféricos através dos nervos glossofaríngeo (nervo craniano [NC] IX) e vago (NC X) e de mecanorreceptores no pulmão através do nervo vago. 
O centro inspiratório envia eferência motora para o diafragma através do nervo frênico. O padrão de atividade no nervo frênico inclui umperíodo de quiescência, seguido de uma salva de potenciais de ação que aumentam de frequência por alguns segundos, e depois retornam à quiescência. A atividade do diafragma segue esse mesmo padrão: quiescência, potenciais de ação subindo para uma frequência de pico (levando a contração do diafragma) e quiescência. A inspiração pode ser encurtada pela inibição do centro inspiratório via centro pneumotáxico.
♦ Centro expiratório. O centro expiratório está localizado nos neurônios respiratórios ventrais e é responsável principalmente pela expiração. Como a expiração é normalmente um processo passivo, esses neurônios estão inativos durante a respiração de repouso. No entanto, durante o exercício quando a expiração se torna ativa, este centro é ativado.
Centro Apnêustico
Apneuse é um padrão de respiração anormal com longas pausas inspiratórias seguidas de um breve movimento expiratório. 
Centro Pneumotáxico
O centro pneumotáxico desativa a inspiração, limitando a salva de potenciais de ação no nervo frênico. Como efeito, o centro pneumotáxico, localizado na ponte superior, limita a magnitude do volume corrente e regula a frequência respiratória. 
Córtex Cerebral
Comandos do córtex cerebral podem se sobrepor temporariamente aos centros autônomos do tronco encefálico. Por exemplo, uma pessoa pode voluntariamente hiperventilar (ou seja, aumentar a frequência respiratória e o volume). 
A consequência da hiperventilação é uma diminuição da PaCO2, que faz com que o pH arterial aumente. A hiperventilação é autolimitante, no entanto, porque a diminuição da PaCO2 produzirá inconsciência e a pessoa retornará a um padrão de respiração normal. 
Quimiorreceptores
O tronco encefálico controla a respiração através do processamento de informações sensoriais (aferentes) e do envio de informações motoras (eferentes) para o diafragma. Das informações sensoriais que chegam ao tronco encefálico, a mais importante é a relacionada à PaO2, à PaCO2 e ao pH arterial.
Quimiorreceptores Centrais
Os quimiorreceptores centrais, localizados no tronco encefálico, são os mais importantes para o controle minuto a minuto da respiração. Esses quimiorreceptores estão localizados na superfície ventral do bulbo, próximo do ponto de saída dos nervos glossofaríngeos (NC IX) e vago (NC X) e apenas a uma curta distância do GRD no bulbo. 
Assim, os quimiorreceptores centrais se comunicam diretamente com o centro inspiratório.
Os quimiorreceptores do tronco encefálico são extremamente sensíveis às mudanças no pH do líquido cerebrospinal (LCE). A diminuição do pH do LCE produz aumento na frequência respiratória (hiperventilação), e os aumentos no pH do LCE produzem diminuição na frequência respiratória (hipoventilação).
Os quimiorreceptores bulbares respondem diretamente às mudanças no pH do LCE e, indiretamente, às alterações na PCO2 arterial. 
Quimiorreceptores Periféricos
Existem quimiorreceptores periféricos para O2, CO2 e H+ nos corpos carotídeos localizados na bifurcação das artérias carótidas comuns e nos corpos aórticos acima e abaixo do arco aórtico.
A informação relacionada à PO2, à PCO2 e ao pH arteriais é retransmitida para o GRD via NC IX e NC X, que orquestra uma alteração adequada na frequência respiratória.
A função mais importante dos quimiorreceptores periféricos é detectar alterações na PO2 arterial. No entanto, os quimiorreceptores periféricos são relativamente insensíveis às mudanças na PO2: eles respondem drasticamente quando a PO2 diminui para menos de 60 mmHg. 
No entanto, se a PO2 arterial for inferior a 60 mmHg, a frequência respiratória aumenta de forma acentuada e linear. 
♦ Aumentos na PCO2 arterial. Os quimiorreceptores periféricos também detectam aumentos na PCO2, mas o efeito é menos importante do que sua resposta às diminuições na PO2. 
♦ Diminuição no pH arterial. A diminuição do pH arterial provoca um aumento da ventilação, mediada por quimiorreceptores periféricos para H+. Este efeito é independente das alterações na PCO2 arterial e é mediado apenas por quimiorreceptores nos corpos carotídeos (não por aqueles localizados nos corpos aórticos). 
Outros Receptores
Além dos quimiorreceptores, vários outros tipos de receptores estão envolvidos no controle da respiração, incluindo receptores pulmonares de estiramento, receptores de articulações e músculos, receptores de estímulos irritativos e receptores justacapilares (J).
♦ Receptores pulmonares de estiramento. Os mecanorreceptores estão presentes no músculo liso das vias aéreas. Quando estimulados pela distensão dos pulmões e das vias aéreas, os mecanorreceptores iniciam uma redução reflexa na frequência respiratória denominada de reflexo Hering-Breuer. O reflexo diminui a frequência respiratória prolongando o tempo expiratório.
♦ Receptores das articulações e dos músculos. Os mecanorreceptores localizados nas articulações e nos músculos detectam o movimento dos membros e sinalizam para o centro inspiratório aumentar a frequência respiratória. A informação das articulações e dos músculos é importante na resposta ventilatória precoce (antecipatória) ao exercício.
Murmúrios Vesiculares
Tipo de som normal ouvidos durante a ausculta pulmonar, juntamente com os sons traqueal, brônquico e broncovesicular.
São causados pela turbulência do ar circulante ao chocar-se contra as saliências das bifurcações brônquicas, ao passar por cavidades de tamanhos diferentes, tais como bronquíolos ou alvéolos, ou vice-versa. 
O componente inspiratório é mais intenso, mais duradouro e de tonalidade mais alta em relação ao componente expiratório que, por sua vez, é mais fraco, de duração mais curta e tonalidade mais baixa. 
Não há intervalo silencioso entre inspiração e expiração, como no som traqueal. Ausculta-se o murmúrio vesicular em quase todo o tórax, com exceção nas regiões de sons brônquicos e broncovesicular. Entretanto, é mais forte na parte anterossuperior, axilas e regiões infraescapulares. Sofre variações em sua intensidade na dependência da amplitude dos movimentos respiratórios e da espessura da parede torácica, sendo mais débil nas pessoas musculosas ou obesas.
A diminuição do murmúrio vesicular pode resultar de presença de ar (pneumotórax), líquido (derrame pleural) e tecido sólido na cavidade pleural (espessamento pleural); enfisema pulmonar, dor torácica que impeça ou diminua a movimentação torácica, obstrução das vias aéreas superiores (espasmo ou edema de glote, obstrução da traqueia), oclusão parcial ou total de brônquios ou bronquíolos.
Pode haver alteração do murmúrio vesicular chamada prolongamento da fase expiratória, que, em condições normais, é mais curta e suave que fase inspiratória. Esse prolongamento aparece na asma brônquica em crise e na DPOC avançada, traduzindo dificuldade de saída de ar.
Adaptações do Sistema Respiratório na Vida Extrauterina 
A transição da troca gasosa dependente da placenta para a troca gasosa autônoma requer as seguintes mudanças adaptativas dos pulmões:
•Produção de surfactante nos sacos alveolares
•Transformação dos pulmões de órgãos secretores para órgãos capazes de realizar as trocas gasosas
•Estabelecimento das circulações sistêmica e pulmonar em paralelo.
Aproximadamente 95% dos alvéolos maduros desenvolvem- se no período pós-natal. Antes do nascimento, os alvéolos primordiais aparecem como pequenas projeções nas paredes dos bronquíolos respiratórios e dos sacos alveolares, dilatações terminais dos ductos alveolares. Após o nascimento, os alvéolos primitivos se ampliam conforme a expansão dos pulmões, mas o maior aumento no tamanho dos pulmões resulta do aumento no número de bronquíolos respiratórios e alvéolos primitivos, mais do que do aumento no tamanho dos alvéolos.
O desenvolvimento alveolar está, em grande parte, completo aos 3 anos de idade, mas novos alvéolos são acrescentados até aproximadamente 8 anos de idade. Ao contrário dos alvéolos maduros, os alvéolos imaturos têm o potencial para formar alvéolos primitivos adicionais. À medida que esses alvéolos aumentam em tamanho, eles se tornam alvéolos maduros. No entanto,o principal mecanismo para o aumento do número de alvéolos é a formação de septos secundários de tecido conjuntivo que subdividem os alvéolos primitivos existentes. Inicialmente, os septos são relativamente espessos, mas eles logo são transformados em septos delgados maduros que são capazes de realizar as trocas gasosas.
O desenvolvimento dos pulmões durante os primeiros meses após o nascimento é caracterizado pelo aumento exponencial na superfície da barreira hematoaérea graças à multiplicação dos alvéolos e capilares. Aproximadamente 150 milhões de alvéolos primitivos, metade do número em adultos, estão presentes nos pulmões de um recém-nascido a termo. Na radiografia de tórax, portanto, os pulmões dos recém-nascidos são mais densos que os pulmões dos adultos. Entre o terceiro e o oitavo ano de vida, são alcançados os 300 milhões de alvéolos dos adultos.
REFERÊNCIAS BIBLIGRÁFICAS:
1. Costanzo, Linda S. Fisiologia / Linda S. Costanzo; [tradução Aline Santana da Hora, Renata Scavone de Oliveira]. - 6. ed. - Rio de Janeiro: Elsevier, 2018
2. Hall, John E. Guyton & Hall : tratado de fisiologia médica / John E. Hall, Michael E. Hall ; revisor científico Carlos Alberto Mourão Júnior ; tradução Adriana Paulino do Nascimento ... [et al.]. - 14. ed. - Rio de Janeiro : GEN | Grupo Editorial Nacional S.A. Publicado pelo selo Editora Guanabara Koogan Ltda., 2021: il. ; 28 cm.
3. Moore, Keith L., 1925-Embriologia clínica / Keith L. Moore, T. V. N. (Vid) Persaud, Mark G. Torchia; tradução Maria Cristina Motta Schimmelpfeng, Sérgio Roxo Mundim, Luiz Euclydes Trindade Frazão Filho. - 11. ed. - Rio de Janeiro : GEN | Grupo Editorial Nacional S.A. Publicado pelo selo Editora Guanabara Koogan Ltda., 2021. 552 p. : il.; 28 cm.