Fisiologia respiratório

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As quatro funções primárias do sistema respiratório são: 
1. Troca de gases entre a atmosfera e o sangue. O corpo 
traz o O2 e o distribui para os tecidos, eliminando o CO2 
produzido pelo metabolismo. 
2. Regulação homeostática do pH do corpo. Os pulmões 
podem alterar o pH corporal retendo ou eliminando 
seletivamente o CO2. 
3. Proteção contra patógenos e substâncias irritantes 
inalados. Assim como todos os outros epitélios que têm 
contato com o meio externo, o epitélio respiratório é 
bem suprido com mecanismos de defesa que aprisionam 
e destroem substâncias potencialmente nocivas antes 
que elas possam entrar no corpo. 
4. Vocalização. O ar move-se através das pregas vocais, 
criando vibrações usadas para falar, cantar e outras 
formas de comunicação. 
Além de desempenhar essas funções, o sistema 
respiratório também é uma fonte significativa de perda 
de água e de calor do corpo. Essas perdas devem ser 
balanceadas com o uso de compensações 
homeostáticas. 
O sistema respiratório realiza as funções, trocando ar 
entre o meio externo e os espaços aéreos do interior dos 
pulmões. Essa troca é o fluxo global de ar e segue 
muitos dos mesmos princípios que governam o fluxo 
global (de massa) de sangue no sistema circulatório: 
1. O fluxo ocorre a partir de regiões de pressão mais alta 
para regiões de pressão mais baixa. 
2. Uma bomba muscular cria gradientes de pressão. 
3. A resistência ao fluxo de ar é influenciada 
principalmente pelo diâmetro dos tubos pelos quais o ar 
está fluindo. 
O sistema respiratório 
A respiração celular refere-se à reação intracelular do 
oxigênio com moléculas orgânicas para produzir 
dióxido de carbono, água e energia na forma de ATP. 
A respiração externa é o movimento de gases entre o 
meio externo e as células do corpo. A respiração externa 
pode ser subdividida em quatro processos integrados. 
1. A troca de ar entre a atmosfera e os pulmões. Este 
processo é conhecido como ventilação, ou respiração. 
Inspiração (inalação) é o movimento do ar para dentro 
dos pulmões. Expiração (exalação) é o movimento de ar 
para fora dos pulmões. Os mecanismos pelos quais a 
ventilação ocorre são chamados coletivamente de 
mecânica da respiração. 
2. A troca de O2 e de CO2 entre os pulmões e o sangue. 
3. O transporte de O2 e CO2 pelo sangue. 
4. A troca de gases entre o sangue e as células. 
 
A respiração externa necessita da cooperação entre os 
sistemas respiratório e circulatório. O sistema 
respiratório é formado pelas estruturas envolvidas com 
a ventilação e com as trocas gasosas. 
1. O sistema condutor, ou vias aéreas, que conduz ar do 
meio externo para a superfície de troca dos pulmões. 
2. Os alvéolos são uma série de sacos interconectados e 
associados aos seus respectivos capilares pulmonares. 
Essas estruturas formam a superfície de troca, onde o 
oxigênio se move do ar inalado para o sangue, e o 
dióxido de carbono move-se do sangue para o ar que 
será exalado. 
3. Os ossos e os músculos do tórax (cavidade torácica) 
e do abdome que auxiliam a ventilação. 
O sistema respiratório pode ser dividido em duas partes: 
o trato respiratório superior, que consiste em boca, 
cavidade nasal, faringe e laringe, e o trato respiratório 
inferior, que é formado pela traqueia, pelos dois 
Fisiologia Respiratório 
brônquios principais, suas ramificações e pelos 
pulmões. 
Os pulmões são formados por um tecido leve e 
esponjoso, cujo volume é ocupado principalmente por 
espaços cheios de ar. Cada pulmão é rodeado por um 
saco pleural de parede dupla, cujas membranas forram 
o interior do tórax e cobrem a superfície externa dos 
pulmões. Cada membrana pleural, ou pleura, é formada 
por muitas camadas de tecido conectivo elástico e um 
grande número de capilares. As camadas opostas da 
membrana pleural são mantidas unidas por uma fina 
camada de líquido pleural. 
As vias aéreas conectam os pulmões ao meio externo 
O ar entra no trato respiratório superior através da boca 
e do nariz e passa pela faringe, uma passagem comum 
para os alimentos, para os líquidos e para o ar. Da 
faringe, o ar flui através da laringe para a traqueia. A 
laringe contém as pregas vocais, faixas de tecido 
conectivo que são tensionadas e vibram para criar o som 
quando o ar passa por elas. 
A traqueia é um tubo semiflexível mantido aberto por 
15 a 20 anéis cartilaginosos em forma de C. Esses anéis 
se estendem para dentro do tórax, onde se ramificam 
(divisão 1) em um par de brônquios primários, um 
brônquio para cada pulmão. Nos pulmões, os brônquios 
ramificam-se repetidamente em brônquios 
progressivamente menores. 
Nos pulmões, os menores brônquios formam os 
bronquíolos, pequenas passagens flexíveis com uma 
parede formada por músculo liso. Os bronquíolos 
continuam ramificando-se até que os bronquíolos 
respiratórios formem uma transição entre as vias aéreas 
e o epitélio de troca do pulmão. 
As vias aéreas aquecem, umedecem e filtram o ar 
inspirado 
Durante a respiração, as vias aéreas superiores e os 
brônquios fazem mais do que simplesmente servirem de 
passagem para o ar. Eles desempenham um papel 
importante no condicionamento do ar antes que ele 
alcance os alvéolos. O condicionamento possui três 
componentes: 
1. Aquecimento do ar à temperatura do corpo (37°C), de 
modo que a temperatura corporal não mude e os 
alvéolos não sejam danificados pelo ar frio. 
2. Adiciona vapor de água até o ar atingir a umidade de 
100%, de modo que o epitélio de troca úmido não seque. 
3. Filtra material estranho, de modo que vírus, bactérias 
e partículas inorgânicas não alcançam os alvéolos. 
A filtração do ar ocorre na traqueia e nos brônquios. 
Tanto a traqueia quanto os brônquios são revestidos 
com um epitélio ciliado, cujos cílios são banhados por 
uma camada de solução salina. 
Uma camada viscosa de muco flutua sobre os cílios para 
prender a maior parte das partículas inaladas. A camada 
de muco é secretada pelas células caliciformes no 
epitélio. 
Os cílios batem com um movimento ascendente que 
move o muco continuamente em direção à faringe, 
criando o que é chamado de movimento mucociliar 
(“escada rolante” mucociliar). O muco contém 
imunoglobulinas que podem atuar sobre muitos 
patógenos. Uma vez que o muco chega até a faringe, ele 
pode ser expelido (expectorado) ou deglutido. No muco 
deglutido, o ácido do estômago e as enzimas destroem 
os microrganismos restantes. 
Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas 
gasosas 
Os alvéolos, agrupados nas extremidades dos 
bronquíolos terminais, constituem a maior parte do 
tecido pulmonar. A sua função primária é a troca gasosa 
entre eles e o sangue. 
Cada pequeno alvéolo é composto de uma única camada 
de epitélio. Dois tipos de células epiteliais são 
encontrados nos alvéolos. Cerca de 95% da área 
superficial alveolar é utilizada para a troca de gases e é 
formada por células alveolares tipo I. Essas células são 
muito delgadas, então os gases se difundem 
rapidamente através delas. 
Na área restante, somente uma pequena quantidade de 
líquido intersticial está presente. A célula alveolar tipo 
II, menor e mais espessa, sintetiza e secreta uma 
substância química conhecida como surfactante. 
O surfactante mistura-se com o líquido fino que reveste 
o alvéolo para ajudar os pulmões quando eles se 
expandem durante a respiração. 
As células tipo II também ajudam a minimizar a 
quantidade de líquido presente nos alvéolos, 
transportando solutos e água para fora do espaço aéreo 
alveolar. 
A associação íntima dos alvéolos com uma extensa rede 
de capilares demonstra a estreita ligação entre os 
sistemas circulatório e respiratório. Os vasos 
sanguíneos preenchem 80 a 90% do espaço entre os 
alvéolos, formando uma “camada” quase contínua de 
sangue que está em contato íntimo com os alvéolos 
cheios de ar. A proximidade do sangue capilar com o ar 
alveolar é essencialpara a rápida troca de gases. 
A circulação pulmonar é um sistema de baixa 
pressão e alta taxa de fluxo 
A circulação pulmonar inicia com o tronco pulmonar, o 
qual recebe sangue com pouco oxigênio do ventrículo 
direito. O tronco pulmonar divide-se em duas artérias 
pulmonares, uma para cada pulmão. O sangue 
oxigenado dos pulmões retorna ao átrio esquerdo pelas 
veias pulmonares. 
Por exemplo, o oxigênio move-se de áreas de pressão 
parcial mais elevada para áreas de pressão parcial 
menos elevada. A difusão dos gases individuais é 
importante para a troca de oxigênio e de dióxido de 
carbono entre os alvéolos e o sangue e do sangue para 
as células. 
Durante a ventilação, o ar flui devido aos gradientes 
de pressão 
A respiração é um processo ativo que requer contração 
muscular. O ar flui para dentro dos pulmões devido ao 
gradiente de pressão criado por uma bomba, da mesma 
forma que o sangue flui pela ação de bombeamento do 
coração. Esta equação significa que (1) o fluxo de ar 
ocorre em resposta a um gradiente de pressão (ΔP) e (2) 
o fluxo diminui à medida que a resistência (R) do 
sistema ao fluxo aumenta. 
A inspiração ocorre quando a pressão alveolar 
diminui 
Para que o ar possa se mover para dentro dos alvéolos, 
a pressão dentro dos pulmões deve ser mais baixa do 
que a pressão atmosférica. De acordo com a lei de 
Boyle, um aumento no volume gera uma redução na 
pressão. Durante a inspiração, o volume torácico 
aumenta quando certos músculos esqueléticos da caixa 
torácica e o diafragma se contraem. À medida que o 
volume torácico aumenta, a pressão diminui, e o ar flui 
para dentro dos pulmões. 
Clinicamente, a habilidade do pulmão de se estirar é 
chamada de complacência. No pulmão, podemos 
expressar a complacência como uma alteração do 
volume (V), que é resultado de uma força ou pressão 
(P) exercida sobre o pulmão: deltaV/deltaP. 
A complacência é o inverso da elastância (recuo 
elástico), que é a capacidade de resistir à deformação 
mecânica. A elastância também se refere à capacidade 
que um corpo tem de voltar à sua forma original quando 
a força que promove a sua deformação é removida. Um 
pulmão que é estirado facilmente (alta complacência) 
provavelmente apresenta perda do seu tecido elástico e, 
assim, não voltará ao seu volume de repouso quando a 
força que o mantém estirado cessa (baixa elastância). 
O surfactante diminui o trabalho respiratório 
A lei de LaPlace é uma expressão dessa pressão. Ela 
estabelece que a pressão (P) dentro de uma bolha 
formada por uma fina película de líquido é uma função 
de dois fatores: a tensão superficial do líquido (T) e o 
raio da bolha (r). Essa relação é expressa pela equação. 
 
Normalmente, nossos pulmões secretam um surfactante 
que reduz a tensão superficial. Os surfactantes são 
moléculas que rompem as forças coesivas entre as 
moléculas de água ao se substituírem por água junto à 
superfície. 
Nos pulmões, o surfactante diminui a tensão superficial 
do líquido alveolar e, assim, diminui a resistência do 
pulmão ao estiramento. 
O surfactante é mais concentrado em alvéolos menores, 
tornando a sua tensão superficial menor do que nos 
alvéolos maiores. A menor tensão superficial ajuda a 
igualar a pressão entre alvéolos de diferentes tamanhos 
e torna mais fácil inflar os alvéolos menores. Com uma 
tensão superficial menor, o trabalho necessário para 
expandir os alvéolos em cada ciclo ventilatório é 
bastante reduzido. 
O surfactante humano é uma mistura que contém 
proteínas e fosfolipídeos, como 
dipalmitoilfosfatidilcolina, que são secretados para o 
espaço de ar alveolar pelas células alveolares tipo II 
(pneumócitos tipo II). 
O diâmetro das vias aéreas determina a sua 
resistência 
O outro fator, além da complacência, que influencia o 
trabalho respiratório é a resistência do sistema 
respiratório ao fluxo de ar. Três parâmetros contribuem 
para a resistência (R): o comprimento do sistema (L), a 
viscosidade da substância que flui pelo sistema () e o 
raio dos tubos no sistema (r). Assim como no fluxo no 
sistema circulatório, a lei de Poiseuille correlaciona 
esses fatores: 
 
O comprimento e a viscosidade são essencialmente 
constantes para o sistema respiratório. Como resultado, 
o raio (ou o diâmetro) das vias respiratórias torna-se o 
principal determinante da resistência das vias aéreas. 
Normalmente, entretanto, o trabalho necessário para 
superar a resistência das vias aéreas ao fluxo de ar é 
muito menor que o trabalho necessário para superar a 
resistência dos pulmões e da caixa torácica ao 
estiramento. 
A frequência e a amplitude respiratória determinam 
a eficiência da respiração 
A ventilação pulmonar total, também conhecida como 
volume-minuto, é calculada como se segue: 
 
A frequência ventilatória normal para um adulto é de 
12 a 20 respirações (ciclos ventilatórios) por minuto. 
Utilizando-se o volume corrente médio (500 mL) e a 
frequência ventilatória menor, temos: 
 
Uma parte do ar que entra no sistema respiratório não 
alcança os alvéolos, uma vez que parte do ar de cada 
ciclo ventilatório permanece nas vias aéreas condutoras, 
como a traqueia e os brônquios. Como as vias aéreas 
condutoras não trocam gases com o sangue, elas são 
denominadas espaço morto anatômico. O espaço morto 
anatômico médio é de cerca de 150 mL. 
A ventilação e o fluxo sanguíneo alveolares são 
ajustados 
Mover o oxigênio da atmosfera para a superfície de 
troca alveolar é apenas o primeiro passo da respiração 
externa. Em seguida, a troca dos gases deve ocorrer 
através da interface alvéolo-capilar. Por fim, o fluxo 
sanguíneo (perfusão) que passa pelos alvéolos deve ser 
alto o suficiente para captar o oxigênio disponível. 
Ajustar a ventilação nos grupos de alvéolos pelos quais 
o sangue flui é um processo de duas etapas que envolve 
a regulação local do fluxo de ar e do fluxo sanguíneo.