Aula_P_6

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1 
 
 
 
 
	
  
FISIOLOGIA	
  
ANIMAL/GERAL	
  
	
  
AULA	
  6	
   FISIOLOGIA	
  DO	
  SISTEMA	
  RESPIRATÓRIO	
  
	
  
	
  
	
  	
  	
  
ARMANDO	
  CRISTÓVÃO,	
  EMÍLIA	
  DUARTE	
  E	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
PAULO	
  SANTOS	
   2013	
  	
  
 
DEPARTAMENTO	
  DE	
  CIÊNCIAS	
  DA	
  VIDA	
  
FACULDADE	
  DE	
  CIÊNCIAS	
  E	
  TECNOLOGIA	
  
UNIVERSIDADE	
  DE	
  COIMBRA	
  
2 
 
INTRODUÇÃO	
   	
  
	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
  
	
  
	
   A	
   maior	
   parte	
   da	
   energia	
   utilizada	
   pelas	
   células	
   do	
   corpo	
   é	
   derivada	
   de	
   reacções	
   químicas	
   que	
  
ocorrem	
  apenas	
  na	
  presença	
  de	
  oxigénio	
  (O2).	
  O	
  principal	
  produto	
  destas	
  reacções	
  é	
  o	
  dióxido	
  de	
  carbono	
  
(CO2).	
  As	
  trocas	
  destes	
  gases	
  entre	
  o	
  organismo	
  e	
  o	
  ambiente	
  dá-­‐se	
  ao	
  nível	
  de	
  órgãos	
  especializados,	
  os	
  
pulmões,	
  processo	
  a	
  que	
  se	
  chama	
  respiração	
  pulmonar.	
  	
  Subsequentemente,	
  o	
  sangue	
  é	
  responsável	
  por	
  
transportar	
   os	
   gases	
   respiratórios	
   entre	
   os	
   pulmões	
   e	
   as	
   células	
   do	
   corpo.	
   	
   O	
   ritmo	
   respiratório	
   é	
  
controlado	
  pelo	
  organismo,	
  ajustando-­‐se	
  prontamente	
  às	
  variações	
  da	
  intensidade	
  metabólica	
  das	
  células.	
  
	
  
Nesta	
  aula	
  realizar-­‐se-­‐ão	
  experiências	
  simples	
  em	
  que	
  se	
  estuda	
  a	
  fisiologia	
  do	
  sistema	
  respiratório.	
  
	
  
	
  
	
  
Experiências	
  a	
  realizar:	
  
	
  
	
  
PARTE	
  A:	
  FISIOLOGIA	
  DA	
  RESPIRAÇÃO	
  
	
  
1. Registo	
  dos	
  movimentos	
  respiratórios	
  no	
  sistema	
  PowerLab	
  
2. Efeito	
  do	
  exercício	
  físico	
  na	
  respiração	
  
3. Inibição	
  voluntária	
  da	
  respiração	
  
4. Determinação	
  da	
  capacidade	
  respiratória	
  
	
  
	
  
PARTE	
  B.	
  DETERMINAÇÃO	
  DA	
  CONCENTRAÇÃO	
  DE	
  CO2	
  NO	
  AR	
  EXPIRADO	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
   	
  
3 
PARTE	
  A	
   FISIOLOGIA	
  DA	
  RESPIRAÇÃO	
  	
  
	
  
	
  
1.	
  Registo	
  dos	
  movimentos	
  respiratórios	
  no	
  sistema	
  PowerLab	
   	
   	
  
	
  
É	
  possível	
  registar	
  os	
  movimentos	
  externos	
  do	
  tórax	
  durante	
  a	
  respiração	
  utilizando	
  um	
  transdutor	
  de	
  
respiração,	
   que	
   consiste	
   num	
  dispositivo	
   piezo-­‐eléctrico	
   que	
  mede	
   a	
   alteração	
   no	
   perímetro	
   torácico	
   ou	
  
abdominal	
   induzida	
   pela	
   respiração.	
   O	
   transdutor	
   deverá	
   ser	
   ligado	
   ao	
   imput	
   4	
   Da	
   interface	
   digital	
  
(PowerLab	
  26T)	
  que	
  permite	
  a	
  aquisição	
  dos	
  dados	
  num	
  computador	
  através	
  de	
  “software”	
  apropriado	
  (Fig.	
  
1).	
   	
   	
   	
   	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Fig.1-­‐	
   Representação	
  
esquemática	
  do	
  sistema	
  utilizado	
  
para	
   a	
   determinação	
   dos	
   movi-­‐
mentos	
  	
  respiratórios.	
  	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Procedimento	
  	
  	
  
	
  
1.1.	
   Montar	
  o	
  equipamento	
  para	
  registo	
  da	
  respiração	
  como	
  se	
  esquematiza	
  na	
  Fig.	
  1.	
  
1.2.	
   Para	
  ajustar	
  o	
  transdutor	
  de	
  respiração,	
  proceder	
  do	
  seguinte	
  modo:	
  
a. Inspirar	
  maximamente.	
  
b. Suster	
  a	
  respiração.	
  
c.	
   Colocar	
  o	
   transdutor	
  em	
   redor	
  do	
   corpo,	
   ao	
  nível	
  do	
   tórax.	
  Atenção,	
  quando	
  o	
   transdutor	
  é	
  
colocado	
   ao	
   nível	
   do	
   ventrículo	
   esquerdo,	
   as	
   pulsações	
   cardíacas	
   podem	
   ser	
   detectadas,	
  
especialmente	
  durante	
  os	
  períodos	
  entre	
  a	
  expiração	
  e	
  a	
  inspiração.	
  
d.	
   Em	
  seguida,	
  respirar	
  normalmente.	
  
1.3. Os	
  dados	
  serão	
   recolhidos	
  e	
  analisados	
  através	
  do	
  programa	
  “Chart7”,	
   cuja	
  caixa	
  de	
  diálogo	
  está	
  
representada	
  na	
  figura	
  2.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
4 
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Fig.	
  2	
  -­‐	
  Representação	
  do	
  ecrã	
  do	
  software	
  que	
  permite	
  a	
  aquisição	
  de	
  dados	
  do	
  transdutor,	
  indicando	
  os	
  
principais	
  componentes:	
  1.	
  Nº	
  de	
  pontos	
  a	
  adquirir	
  por	
  segundo	
  (deverá	
  estar	
  a	
  100);	
  2.Permite	
  escolher	
  
a	
  escala	
  em	
  Volts;	
  3.	
  Permite	
  verificar	
  qual	
  o	
  amplificador	
  que	
  esta	
  no	
  canal	
  1	
  e	
  deve-­‐se	
  seleccionar	
  para	
  
visualizar	
  um	
  pré	
  registo;	
  4.	
  Permite	
  verificar	
  qual	
  o	
  amplificador	
  que	
  está	
  no	
  canal	
  2;	
  5.	
  Inicia	
  e	
  pára	
  o	
  
registo;	
  6.	
  O	
  rato	
  nesta	
  zona	
  do	
  ecrã	
  permite	
  controlar	
  a	
  amplitude	
  da	
  escala	
  de	
  cada	
  canal;	
  7.	
  permite	
  
fazer	
  zoom	
  após	
  seleccionar	
  uma	
  parte	
  do	
  registo.	
  
	
  
	
  
1.4.	
   Fazer	
   em	
   seguida	
   várias	
   inspirações	
   e	
   expirações	
   máximas	
   e	
   registar.	
   	
   Em	
   seguida	
   respirar	
  
normalmente.	
  
1.5.	
   Determinar	
  o	
  ritmo	
  respiratório	
  normal.	
  
	
  
Resultados	
  
	
  
Ritmo	
  respiratório:	
   	
   arfadas/minuto	
  
1	
  
4	
  
3	
  
2	
  
2	
  
5	
  
6	
  
7	
  
5 
2.	
  Efeito	
  do	
  exercício	
  físico	
  na	
  respiração	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
  
	
  
	
  
	
   Nesta	
   experiência	
   demonstrar-­‐se-­‐á	
   o	
   efeito	
   do	
   exercício	
   físico	
   na	
   respiração	
   (ritmo	
   e	
  
profundidade).	
  
	
  
	
  
Procedimento:	
  
	
  
2.1.	
   	
   Registar	
  a	
  respiração	
  normal	
  durante	
  30	
  segundos.	
  
	
  
2.2.	
   Desligar	
  o	
  transdutor	
  do	
  PowerLab	
  e	
  fazer	
  exercício	
  (por	
  exemplo	
  fazer	
  20	
  flexões	
  no	
  mesmo	
  lugar	
  
ou	
  subir	
  e	
  descer	
  escadas)	
  
	
  
2.3. Rapidamente,	
  conectar	
  de	
  novo	
  o	
  transdutor	
  ao	
  PowerLab,	
  e	
  registar	
  a	
  respiração	
  por	
  mais	
  30	
  
segundos.	
  
	
  
2.4. Determinar	
  o	
  ritmo	
  respiratório	
  e	
  a	
  profundidade	
  das	
  respiração	
  antes	
  e	
  após	
  o	
  exercício	
  físico,	
  
registando-­‐os,	
  qualitativamente,	
  na	
  tabela	
  1	
  
	
  
TABELA	
  1	
  
Efeito	
  do	
  exercício	
  na	
  ventilação	
  
	
   Antes	
   Depois	
  
Ritmo	
  respiratório	
   	
   	
  
Profundidade	
  da	
  ventilação	
   	
   	
  
	
  
	
  
Conclusões:	
  
	
  
	
   Discutir	
  o	
  efeito	
  do	
  exercício	
  no	
  ritmo	
  e	
  profundidade	
  da	
  respiração.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
6 
3.	
  Inibição	
  voluntária	
  da	
  respiração
Nesta	
  experiência	
  determina-­‐se	
  o	
  tempo	
  durante	
  o	
  qual	
  uma	
  pessoa	
  consegue	
  inibir	
  a	
  respiração	
  em	
  
varias	
  condições.	
  
	
  
	
  
Procedimento:	
  
	
  
5.1.	
   Respirar	
   normalmente	
   durante	
   alguns	
   segundos	
   e	
   em	
   seguida	
   inibir	
   voluntariamente	
   a	
   respiração	
  
após	
  as	
  seguintes	
  situações.	
  
	
  
a.	
   Inspiração	
  máxima	
  
	
   b.	
   Expiração	
  máxima	
  
c.	
   Exercício	
  (correr	
  no	
  mesmo	
  lugar	
  2	
  minutos)	
  
d.	
   Hiperventilação	
  durante	
  1	
  a	
  2	
  minutos	
  
	
  
5.2.	
   Em	
  todos	
  os	
  casos	
  registar	
  os	
  períodos	
  de	
   inibição	
  da	
  respiração	
  e	
  calcular	
  a	
  sua	
  duração.	
  Reunir	
  os	
  
resultados	
  na	
  Tabela	
  2.	
  
	
  
TABELA	
  2	
  
Inibição	
  voluntária	
  da	
  respiração	
  em	
  diferentes	
  condições	
  
Inibição	
  após	
   Tempo	
  de	
  inibição	
  (s)	
  
Respiração	
  normal	
   	
  
Inspiração	
  máxima	
   	
  
Expiração	
  máxima	
   	
  
Exercício	
   	
  
Hiperventilação	
   	
  
	
  
Conclusões:	
  
	
  
	
   Interprete	
  os	
  resultados	
  da	
  Tabela	
  2	
  em	
  termos	
  da	
  regulação	
  do	
  reinício	
  da	
  respiração	
  causada	
  
pelas	
  concentrações	
  de	
  gases	
  (CO2	
  e	
  O2)	
  no	
  sangue.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
7 
4.	
  Determinação	
  da	
  capacidade	
  respiratória	
   	
   	
   	
   	
   	
  
	
  
	
  
	
   O	
  volume	
  de	
  ar	
  que	
  é	
  inspirado	
  e	
  expirado	
  durante	
  uma	
  respiração	
  pode	
  ser	
  medido	
  com	
  o	
  auxílio	
  
de	
   um	
   respirómetro,	
   o	
   qual	
   se	
   encontra	
   ligado	
   ao	
   PowerLab	
   (Fig.	
   3).	
   O	
   respirómetro	
   é	
   apropriado	
   para	
  
determinar	
  taxas	
  e	
  volumes	
  respiratórios.	
  A	
  medição	
  é	
  efectuada	
  através	
  da	
  diferença	
  de	
  pressão	
  verificada	
  
entre	
  uma	
  rede	
  muito	
  fina	
  existente	
  dentro	
  da	
  cabeça	
  de	
  fluxo.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Fig.	
  3	
  -­‐	
  Representação	
  esquemática	
  do	
  sistema	
  utilizado	
  
para	
  a	
  determinação	
  do	
  fluxos	
  respiratórios.	
  
	
  
	
  
Procedimento:	
  
	
  
1. Montar	
  o	
  equipamento	
  de	
  acordo	
  com	
  a	
  figura	
  3	
  
2. Ajustar	
  o	
  programa	
  “Chart7”	
  de	
  acordo	
  com	
  as	
  informações	
  contidas	
  na	
  figura	
  4.	
  
	
  
	
  
Fig.	
  4-­‐	
  Representação	
  do	
  ecrã	
  do	
  programa	
  “Chart7”.	
  1-­‐Nº	
  de	
  pontos	
  a	
  adquirir	
  por	
   segundo;	
  2-­‐	
  Permite	
  
escolher	
   a	
   escala	
   em	
   volts;	
   3-­‐	
   O	
   canal	
   2	
   deve	
   estar	
   selecionado	
   em	
   “Flow”;	
   4-­‐	
   O	
   canal	
   3	
   deve	
   estar	
  
selecionado	
  em	
  “Volume”;	
  5-­‐	
  Inicia	
  e	
  pára	
  o	
  registo;	
  6-­‐	
  A	
  colocação	
  do	
  rato	
  nesta	
  zona	
  permite	
  controlar	
  a	
  
amplitude	
   da	
   escala	
   de	
   cada	
   canal;	
   Nota:	
   Durante	
   o	
   registo	
   o	
   aluno	
   não	
   deve	
   ver	
   o	
   registo,	
   para	
   não	
  
influenciar	
  a	
  respiração	
  voluntariamente.	
  
1 
2 
3 
4 
5 
6 
8 
6.1-­‐ Determinação	
  da	
  capacidade	
  respiratória	
  
	
  
Procedimento:	
  
a. Respirar	
  normalmente	
  durante	
  1	
  minuto.	
  
b. Inspirar	
  maximamente.	
  
c. Expirar	
  maximamente.	
  
d. Respirar	
  normalmente.	
  
	
  
6.2-­‐ Determinação	
  da	
  capacidade	
  vital	
  forçada.	
  
	
  
	
   Um	
   dos	
   testes	
   mais	
   utilizados	
   para	
   determinar	
   a	
   capacidade	
   dos	
   pulmões	
   em	
   ventilar	
   é	
   a	
  
determinação	
  da	
  capacidade	
  vital	
  forçada	
  (CVF),	
  que	
  corresponde	
  à	
  máxima	
  quantidade	
  de	
  ar	
  que	
  pode	
  ser	
  
expirada	
  rapidamente	
  após	
  uma	
  inspiração	
  máxima.	
  
	
  
Procedimento:	
  
a. Inspirar	
  maximamente	
  
b. Expirar	
  rapidamente	
  e	
  até	
  ao	
  máximo	
  da	
  capacidade.	
  
	
  
Resultados:	
  
	
  
Com	
  o	
  auxílio	
  da	
  figura	
  	
  6	
  complete	
  a	
  seguinte	
  tabela	
  com	
  os	
  valores	
  determinados	
  a	
  partir	
  do	
  gráfico	
  
obtido	
  no	
  Chart.	
  
	
  
TABELA	
  3	
  
Volumes	
  respiratórios	
  
Parâmetro	
   Volume	
  (litros)	
  
Volume	
  corrente	
   	
  
Volume	
  inspiratório	
  de	
  reserva	
   	
  
Volume	
  expiratório	
  de	
  reserva	
   	
  
Capacidade	
  vital	
   	
  
FVC	
   	
  
FEV1	
   	
  
	
  
Calcule	
  FEV1/FVC:	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
  
	
  
	
  
	
  
Fig.	
  5-­‐	
  Volumes	
  respiratórios	
   	
  
9 
PARTE	
  B	
   DETERMINAÇÃO	
  DA	
  CONCENTRAÇÃO	
  DE	
  CO2	
  NO	
  AR	
  EXPIRADO	
  	
  
	
  
	
  
O	
  CO2	
  reage	
  com	
  a	
  H2O	
  formando	
  H2CO3,	
  que	
  se	
  dissocia	
  imediatamente	
  libertando	
  H+.	
  Em	
  condições	
  
alcalinas	
   a	
   dissociação	
   do	
   H2CO3	
   dá-­‐se	
   complemente	
   produzindo	
   2	
   H+	
   por	
   molécula	
   de	
   CO2	
   que	
   reagiu	
  
inicialmente.	
  
	
  
CO2	
  +	
  H2O	
  ⇒	
  H2CO3	
  ⇔	
  H+	
  +	
  HCO-­‐3	
  ⇔	
  H+	
  +	
  CO32-­‐	
  (1)	
  
	
  
	
   Deste	
  modo	
  é	
  possível	
  determinar	
  a	
  concentração	
  de	
  CO2	
  numa	
  mistura	
  gasosa,	
  que	
  
se	
  fez	
  borbulhar	
  em	
  H2O,	
  por	
  meio	
  duma	
  simples	
  titulação	
  
	
  
	
  
Procedimento:	
  
	
  
1.	
   Colocar	
  um	
  tubo	
  de	
  plástico	
  ou	
  borracha	
  na	
  extremidade	
  aberta	
  de	
  um	
  saco	
  de	
  plástico	
  e	
  apertá-­‐lo	
  
com	
  um	
  elástico.	
  
	
  
2.	
   Colocar	
  100	
  ml	
  de	
  NaOH	
  10	
  mM	
  em	
  cada	
  um	
  de	
  dois	
  Erlenmeyers	
  de	
  250	
  ml	
  (A	
  e	
  B),	
  adicionar	
  a	
  cada	
  
um	
  igual	
  número	
  de	
  gotas	
  de	
  Bromotimol	
  Azul	
  e	
  misturar	
  bem.	
  
	
  
3.	
   Encher	
  o	
  saco	
  de	
  plástico	
  com	
  ar	
  expirado,	
  expirando	
  várias	
  vezes	
  para	
  o	
  seu	
  interior.	
  
	
  
4.	
   Introduzir	
  uma	
  pipeta	
  de	
  Pasteur	
  no	
  tubo	
  de	
  plástico.	
  	
  Mergulhe	
  a	
  ponta	
  de	
  pipeta	
  na	
  solução	
  contida	
  
no	
  Erlenmeyer	
  A	
  e,	
  com	
  a	
  ajuda	
  de	
  um	
  livro,	
  faça	
  sair	
  o	
  ar	
  contido	
  fazendo	
  borbulhar	
  uniformemente	
  
a	
  solução,	
  (ver	
  esquema	
  da	
  fig.	
  6).	
  
	
  
5.	
   Montar	
  uma	
  bureta	
  num	
  suporte	
  e	
  enche-­‐la	
  com	
  HCl	
  50	
  mM	
  (Fig.	
  6).	
  
	
  
6.	
   Proceder	
  à	
  titulação	
  do	
  conteúdo	
  dos	
  Erlenmeyers	
  (A	
  e	
  B)	
  registando	
  os	
  volumes	
  de	
  HCl	
  gastos	
  para	
  
levar	
  o	
  conteúdo	
  de	
  cada	
  um	
  ao	
  ponto	
  de	
  viragem	
  do	
  indicador.	
  
	
  
7.	
   Determinar	
  o	
  volume	
  de	
  ar	
  contido	
  no	
  saco	
  de	
  plástico,	
  medindo	
  o	
  volume	
  de
água	
  por	
  ele	
  deslocado;	
  
para	
  isso,	
  encher	
  uma	
  proveta	
  ou	
  uma	
  garrafa	
  grande	
  (1	
  L,	
  por	
  exemplo)	
  com	
  água,	
  invertê-­‐la	
  sobre	
  
uma	
  tina	
  com	
  água	
  e	
  fazer	
  borbulhar,	
  no	
  seu	
  interior,	
  o	
  ar	
  contido	
  no	
  saco	
  de	
  plástico	
  previamente	
  
cheio;	
  se	
  for	
  necessário,	
  voltar	
  a	
  encher	
  a	
  proveta	
  para	
  determinar	
  o	
  volume	
  do	
  resto	
  de	
  ar	
  contido	
  
no	
  saco.	
  
	
  
8.	
  Determinar	
  o	
  número	
  de	
  micromoles	
  de	
  CO2	
  existentes	
  por	
  litro	
  de	
  ar	
  expirado	
  
	
  
10 
	
  
Fig.	
  6-­‐	
  Montagem	
  experimental	
  para	
  a	
  determinação	
  da	
  concentração	
  de	
  CO2	
  no	
  ar	
  expirado.	
  
	
  
Resultados:	
  
	
  
	
   Pode	
  determinar	
  a	
  quantidade	
  de	
  CO2	
  no	
  ar	
  expirado	
  nas	
  seguintes	
  situações:	
  
	
  
a)	
   Antes	
  do	
  exercício	
  
b)	
   Depois	
  do	
  exercício	
  
c)	
   Depois	
  da	
  inibição	
  da	
  respiração	
  durante	
  algum	
  tempo	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Apêndice	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
  
	
  
Cálculo	
  da	
  concentração	
  de	
  CO2	
  no	
  ar	
  expirado.	
  
	
  
1. Determinar	
  as	
  nmoles	
  de	
  HCl	
  usada	
  para	
   titular	
  a	
   solução	
  A,	
  onde	
  se	
  borbulha	
  o	
  ar	
  expirado,	
  e	
  na	
  
solução	
  B	
  (controlo).	
  
2. A	
  diferença	
  corresponde	
  aos	
  H+	
  que	
  foram	
  introduzidos	
  na	
  solução	
  em	
  consequência	
  do	
  CO2	
  
existente	
  no	
  ar	
  expirado.	
  
3. Com	
  este	
  valor	
  determinar	
  as	
  pmoles	
  de	
  CO2	
  atendendo	
  à	
  equação	
  (1)	
  
	
  
CO2	
  +	
  H2O	
  ⇒	
  H2CO3	
  ⇔	
  H+	
  +	
  HCO-­‐3	
  ⇔	
  H+	
  +	
  CO32-­‐	
  (1)	
  
	
  
4. Nesta	
  equação	
  verifica-­‐se	
  que	
  por	
  cada	
  mole	
  de	
  CO2	
  se	
  produzem	
  2	
  moles	
  de	
  H+.	
  
5. Determinar	
   a	
   concentração	
   de	
   CO2	
   no	
   ar	
   expirado,	
   utilizando	
   o	
   volume	
   de	
   ar	
   contido	
   no	
   saco	
  
inicialmente	
  e	
  as	
  pmol	
  de	
  CO2	
  determinada	
  em	
  3.	
  
	
  
	
  
BIBLIOGRAFIA	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
  
FISIOLOGIA	
  ANIMAI,.	
  	
  Manual	
  teórico-­‐prático.	
  	
  Caetana	
  A.M.	
  Carvalho,	
  Livraria	
  Almedina,	
  1985.