UND 5 - Sistema respiratório e trocas gasosas

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Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC
Centro de Ciências da Saúde e do Esporte - CEFID
Curso de Educação Física - Bacharelado
Fisiologia Humana
Prof. Mário César Nascimento
2011 / 1
Sistema Respiratório e
Trocas gasosas
CREF-SC 0004
1
O que é respiração?
A RESPIRAÇÃO COMPREENDE QUATRO FASES:
Ventilação Pulmonar
Respiração externa
Respiração interna
Respiração celular
O2
AR
AR
CO2
O2
CO2
O2
CO2
Energia
2
Circulação 
- Na pequena circulação, o sangue venoso que se encontra no ventrículo direito vai para as artérias pulmonares dirigindo-se para os pulmões, onde se realiza a hematose pulmonar. O sangue arterial volta ao coração através das veias pulmonares, entrando na aurícula esquerda.
- A grande circulação, ou circuito sistêmico, é a designação dada à parte da circulação sanguínea que se inicia no ventrículo esquerdo. Daqui, o sangue segue (sangue arterial) para a artéria aorta. Esta divide-se para os órgãos principais do nosso corpo, onde se utiliza o oxigênio. O sangue venoso ou seja o que circula nas veias (nesta etapa da circulação, já que o mesmo não acontece na pequena circulação) volta ao coração pelas veias cavas, introduzindo-se assim na aurícula direita.
3
Pulmões
4
Zona de Condução
5
6
Vias Aéreas
Traquéia
Células Ciliadas
Célula de Goblet
Mucosa nasal
7
Ultraestrutura do epitélio respiratório
http://depts.washington.edu/envh/lung.html
8
http://www.owensboro.kctcs.edu/gcaplan/anat2/notes/Notes4%20respiratory%20anatomy.htm
9
Células que produzem surfactante (lipoproteína)
http://www.biology.eku.edu/RITCHISO/301notes6.htm
Pneumócitos do tipo II
10
Pleura parietal
Pleura visceral
http://members.tripod.com/luis_5/apparato_respiratorio.html
A. D. A. M. S.
11
Fox, Bowers e Foss 1991
12
http://www.coheadquarters.com/PennLibr/MyPhysiology/lect0p/lect0.04.htm
13
Brônquio, bronquíolos, alvéolos 
14
These two scanning electron micrographs show the organization of the pulmonary acinus. This micrograph is of a cast of two terminal bronchioles, the short respiratory, or transitional, bronchioles and all of the alveolar air spaces supplied by those bronchioles. SETA: bronquíolo respiratório. http://trc.ucdavis.edu/mjguinan/apc100/modules/Respiratory/lung/lung6/lung3.html
15
www.doc.ic.ac.uk/~gzy/heart/heart/index.htm
16
Controle cardiorrespiratório
OS ESTÍMULOS PODEM SER: 
Humorais: origem em alterações nas propriedades físicas e químicas do sangue – (1) pressão arterial e venosa e temperatura do sangue; (2) concentração de PO2, PCO2 e H+.
Neurais: origem nos centros cerebrais superiores, pulmões, nos músculos, nas articulações, nos tendões, na pele e nas vias respiratórias.
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Controle cardiorrespiratório
Neurais (cont.): o controle relaciona-se com:
Condições mentais, 
Volume dos pulmões, 
Contração muscular, 
Dor ou desconforto, presença de irritantes (reflexos de tosse e espirro).
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Estímulos
Nome
Localização
Ventilação
Coração
Vasos
Elevação da temperatura
Termorreceptores
Hipotálamo



Aumento da PA
Pressorreceptores ou barorreceptores
Carótidas, Croça da aorta



Aumento da PV (venosa)
Veias cavas, aurícula direita



Estímulos humorais físicos
19
Estímulos
Nome
Localização
Ventilação
Coração
Vasos
Aumento PCO2e H+
Quimioreceptores
Carótidas, Croça da aorta



Diminuição do PO2



Aumento de adrenalina e noraadrenalina
Veias cavas, Átrio direito



Estímulos humorais químicos
20
Estímulos
Nome
Localização
Ventilação
Coração
Vasos
Centros cerebrais



Volume dos pulmões
Receptores de distenção ou mecanorreceptores
Pulmões



Mecânica e metabólica
Mecanorreceptores e metabolorreceptores
Músculos, articulações e tendões



Estímulos neurais
21
Córtex
Controle cardiorrespiratório
Centro de controle respiratório medular
 Neurônio inspiratório
 Neurônio expiratório
Centro pneumotáxico Centro apnêustico
22
Controle cardiorrespiratório
23
Difusão dos gases
Taxa de difusão é diretamente proporcional ao gradiente de concentração 
Diretamente proporcional à superfície de área disponível
Inversamente proporcional à espessura da membrana
O fluxo de um gás individual vai de uma região de alta pressão para uma de baixa pressão.
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Hemoglobina 
- Cada molécula é composta por:
4 subunidades de globina, cada uma centralizada ao redor de um grupo heme (átomo de ferro).
O átomo de ferro liga-se de modo reversível com o oxigênio.
 Cada molécula de hemoglobina liga-se com 4 moléculas de oxigênio.
Oxiemoglobina :
Hb + O2  HbO2
 {Hb4(O2)4}
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Transporte de O2
A quantidade de oxigênio ligada a hemoglobina depende principalmente da PO2 ligada ao plasma
O2 dissolvido no plasma difunde-se para dentro das hemácias, ligando-se a hemoglobina.
26
Transporte de CO2
CO2 é um produto residual potencialmente tóxico.
 Somente 7% do dióxido de carbono é transportado pelo sangue venoso na forma de CO2 dissolvido. 
27
CO2 e Hemoglobina
Os outros 93% difundem-se para dentro das hemácias, onde 70% é convertido em íons bicarbonato, e 23% liga-se a hemoglobina.
O CO2 liga-se a Hb, por grupos aminas expostos, formando:
Carbaminoemoglobina (carbo-hemoglobina):
CO2 + Hb  CO2Hb
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CO2 e Bicarbonato
Dentro das hemácias reage com a ÁGUA na presença de anidrase carbônica para formar o ÁCIDO CARBÔNICO e o acido carbônico se dissocia formando BICARBONATO :
CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3
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 Fixação da hemoglobina em relação ao dióxido de carbono.
 A difusão do dióxido de carbono e do oxigênio chegam ao equilíbrio em menos de um segundo.
 Assim que o dióxido de carbono passa para os alvéolos o PCO2 do plasma começa a cair, permitindo que o CO2 dissolvido se difunda para fora das hemácias.
 Na medida em que os níveis de CO2 nas hemácias diminuem, o equilíbrio da reação CO2 – bicarbonato sofre uma inversão: o ácido carbônico se refaz e é convertido em água e CO2.
Difusão dos gases
30
Herlihy e Maebius, 2002
Doenças Pulmonares que afetam as trocas gasosas
Enfisema Pulmonar
 Perda física de área de superfície alveolar. 
 Diminui superfície de trocas gasosas
Doenças Fibróticas 
Depósitos de tecido (escaras) na membrana alveolar.
Difusão muito mais lenta
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Edema Pulmonar
A difusão é mais rápida em distâncias curtas 
Volume excessivo de fluido intersticial nos pulmões
Diminui a troca de oxigênio. 
PCO2 arterial  Normal
PO2 arterial  Diminui
Hipoxia = Baixa concentração de oxigênio nas células.
Hipercapnia = excesso de CO2
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Principais músculos ventilatórios
FASE
REPOUSO
AÇÃO
EXERCÍCIO
Inspiração
- Diafragma
- Achata-se
- Diafragma
- Intercostais ext.
- Levantam as costelas
- Intercostais ext.
- Elevam a 1ª e 2ª
- Escalenos
- Elevam o esterno
-Esternocleido-mastóideos
Expiração
- Nenhum
- Abaixam as costelas
- Intercostais int.
- Deprimem as costelas inferiores e forçam o diafragma para o tórax
- Abdominais
Fox, Bowers e Foss, 1991
34
Mecânica ventilatória
Fox, Bowers e Foss, 1991
Vista exterior
Vista interior
35
Mecânica ventilatória
Pocock e Richards, 2006.
36
Fumantes x Não fumantes
Fox, Bowers e Foss, 1991
37
Algumas variáveis em transporte dos gases
A concentração de Hb em repouso e ao nível do mar é de 15g para cada 100 mL de sangue (15 g/dl) em média (mulheres=14g; homens=16g)
A oxiemoglobina (HbO2) pode tornar-se Hb4(O2)4 o que equivale a 1,34 mL de O2 por grama de Hb.
Portanto, a capacidade de O2 da Hb: 15g x 1,34 mL = 20,1 mL de O2/100mL de sangue  20,1 volumes por cento (vol% - significam mililitros de O2 por 100 mL de sangue)
Algumas variáveis em transporte dos gases
Saturação percentual de Hb com O2  %SO2
Algumas variáveis em transporte dos gases
%SO2
Exemplo: Se sua capacidade for de 20 vol% (mililitros de O2 por 100 mL de sangue) e a quantidade de O2 combinada realmente for de 10 vol% sua %SO2 é de (10/20)x100=50%
Uma %SO2 de 100% significa que o O2 realmente combinado com a Hb é igual a capacidade fixadora de O2 da Hb.
Curva de dissociação (ou de associação) da HbO2
Para uma PO2 de 100 mmHg, 97,5 da Hb no sangue arterial estão saturadas com O2.
Quantitativamente: 20 X 0,975 = 19,5 vol%
Para uma PO2 de 40 mmHg, 75 da Hb no sangue arterial
estão saturadas com O2.
Quantitativamente: 20 X 0,75 = 15 vol%
Fox, Bowers e Foss, pág. 167 1991
Algumas variáveis em transporte dos gases
Curva de dissociação (ou de associação) da HbO2
Fatores que afetam a dissociação:
PO2 no sangue;
Temperatura do sangue;
pH sanguíneo e
Quantidade de CO2
Curva de dissociação (ou de associação) da HbO2
PO2 de 100 mmHg = 19,5 vol%
PO2 de 40 mmHg = 15 vol%
Diferença = 4,5 mL de O2/100mL de sangue
Sistema de transporte do O2
Exemplos
VS
(L/bpm)
FC
(bpm)
Dif a-VO2(mL/L)
VO2
(mL/min)
Destreinados
R
0,075
82
48,8
300
EM
0,112
200
138
3100
Treinados
R
0,105
58
49,3
300
EM
0,126
192
140,5
3440
Atletas de fundo
EM
0,189
190
155
5570
R = Repouso; EM = Exercício Máximo
Volumes e Capacidades Pulmonares
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 378
Volumes e Capacidades Pulmonares
Descrição
VOLUMES
Circulante
Volume de ar que entra ou sai dos pulmões durante um ciclo respiratório
Residual
Volume de ar que permanece nos pulmões após a expiração forçada
Reserva inspiratória
Volume de ar que pode ser inalado forçosamente após a inspiração normal
Reserva expiratória
Volume de ar que pode ser exalado forçosamente após a expiração normal
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 378
Volumes e Capacidades Pulmonares
Quantificação (mL)*
VOLUMES
Circulante
500
Residual
1200
Reserva inspiratória
3000
Reserva expiratória
1100
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 378
* Aproximado para adultos aparentemente saudáveis
Volumes e Capacidades Pulmonares
Descrição
CAPACIDADES
Vital
Volume máximo de ar que pode ser exalado após a inspiração máxima
Residual funcional
Quantidade de ar remanescente nos pulmões após a expiração normal
Pulmonar total
Quantidade total de ar nos pulmões após uma inspiração máxima
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 378
Volumes e Capacidades Pulmonares
Quantificação (mL)
CAPACIDADES
Vital
4600
Residual funcional
2300
Pulmonar total
5800
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 378
* Aproximado para adultos aparentemente saudáveis
Volume corrente X Pressão
Fox, Bowers e Foss, 1991
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Termos respiratórios
Termo
Descrição
Apnéia
Ventilação interrompida temporáriamente
Dispnéia
Ventilação com dificuldade ou forçada
Taquipnéia
Ventilação rápida
Eupnéia
Ventilação calma e normal
Ortopnéia
Dificuldade respiratória mediada pela posição sentada. Ortopnéia uma ou duas “almofadas”.
Cheyno-Stokes
Ventilação irregular onde apresenta-se de forma cíclica: séries superficiais que aumentam em freqüência e profundidade; séries que diminuem a freqüência e profundidade; um período de apnéia de 10 a 60 segundos...
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 382
Termos respiratórios
Termo
Descrição
Kussmaul
Aumento da freqüência e profundidade ventilatória estimulada pela acidose.
Cianose
Coloração azulada das extremidades ocasionada pela baixa oxigenação.
Hipóxia
Uma concentração de oxigênio baixa e anormal nos tecidos.
Hipoxemia
Uma concentração de oxigênio baixa e anormal no sangue.
Hipercapnia
Uma concentração de CO2alta e anormal no sangue.
Hipocapnia
Uma concentração de CO2baixa e anormal no sangue.
Herlihy e Maebius, 2002, pág. 382
Obrigado pela atenção!