Fisiologia - Sistema Respiratrório

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Fisiologia respiratória
sistema respiratório - estrutura e função
Função: troca de gases(O2 e CO2) entre o organismo e o meio externo.
O2: energia para o metabolismo celular
CO2: produto final do metabolismo oxidativo – eliminado
• pulmões - troca de gases entre o sangue e o ar.
• vias aéreas - tubos que comunicam o pulmão com meio externo.
Vias aéreas
Superiores:
• epitélio colunar ciliado
• células produtoras de muco
• músculo liso
• cartilagem
Inferiores:
• epitélio baixo
• poucos cílios e muco
• poucas glândulas mucosas
• pouco músculo liso
• pouca cartilagem
Alvéolos:
células epiteliais tipo I e II.
• traquéia se divide em 2 brônquios principais
• seguem-se 23 divisões (brônquios)
Tubos cada vez mais curtos, estreitos e numerosos à medida que nos aprofundamos, aumentando sua superfície de contato e facilitando a troca.
Zona condutora
• traquéia, brônquios principais, bronquíolos.
• não contém alvéolos e não fazem trocas gasosas
• revestidas por músculo liso - calibre das vias aéreas
• cartilagem - suporte
Funções da zona condutora (condicionar o ar para a troca gasosa nos alvéolos)
• filtrar
• aquecer 
• umedecer
• fonação - cordas vocais
• defesa
Zona de transição
• Da 17a a 19a geração de vias respiratórias
• Bronquíolos respiratórios
• Aparecimento de alvéolos esparsos
Zona respiratória (Há comunição entre os alvéolos)
• Da 20a a 23a gerações de vias aéreas
• fazem trocas gasosas, revestidas por alvéolos
• bronquíolos respiratórios - estruturas de transição
com cílios e músculo liso (como vias de condução),
brotam alvéolos e trocam gases
• dutos alveolares (não têm cílios, pouco músculo liso)
• sacos alveolares (não têm cílios, não têm músculo liso)
• ácino pulmonar – unidade funcional respiratória do
pulmão
Defesa: células fagocíticas nas vias aéreas e alvéolos engolfam
partículas inaladas e bactérias e impedem acesso a outras células do
pulmão ou ao sangue.
• Vias aéreas revestidas por células epiteliais ciliadas + glândulas e células
caliciformes secretoras de muco
• cílios batem continuamente em direção à faringe, removem junto com
muco partículas inaladas
• Muco: meio de captação de partículas para expeli-las ou degluti-las, levado por batimento ciliar / Há macrófagos na superfície, pois nas vias aéreas superiores ocorre o 1º contato com o ar.
• Na faringe o muco é deglutido ou expectorado, mantêm os pulmões livres
de partículas e bactérias.
Fumar cigarro - imobiliza os cílios, leva à perda de cílios, muco mais
viscoso, obstrução da via aérea por muco estacionário (facilita a proliferação de bastérias e chagada de partículas indesejadas nos alvéolos) - tosse para
compensar e eliminar muco.
O fluxo de ar é laminar, porém isso atrapalha o contato dele com os cílios e o muco. Por isso, nas bifurcações dos tubos, ocorre turbilhonamento do fluxo, o que aumenta o contato com as paredes, ocorrendo maior filtração. 
Pulmões (cerca de 1Kg; 50% de sangue altamente irrigado por capilares)
• função primária troca de gases - O2 do ar inspirado para o sangue e CO2 do sangue para o ar
• interface com sistema circulatório
• Alvéolos – unidades de troca gasosa (nos septos alveolares, há menor distância entre o ar e o sangue)
• sacos que se abrem para o lúmen das vias aéreas
• Na parede dos bronquíolos respiratórios.
Pleura – membrana que envolve os pulmões, de dupla camada (entre elas – Líquido Pleural: propicia o deslizamento de uma camada sobre a outra)
• pleura visceral (dentro) cobre pulmões -1 saco pleural para cada, separadamente
• pleura parietal (fora) colada a caixa toráxica; cobre o diafragma
• entre as 2 pleuras - fluido intrapleural permite deslizamento suave do
pulmão à medida em que se expande dentro do tórax
Funções do sistema respiratório:
• Troca gasosa
• Equlíbrio pH do sangue
• Equilíbrio térmico
• Fonacão
• Defesa
Diafragma:
• Inervado pelo nervo Frênico, que vem da região cervical
• Cúpula que divide abdômem e tórax. 
• Ao inspirar, o diafragma contrai, desce e se alarga empurrando as estruturas abdominais para baixo, e abrindo as costelas que por conseqüência abrem os pulmões, aumentando o volume (de 2,5L para 6L). O que proporciona a constante abertura dos pulmões é a pressão intrapleural, que é negativa (menor que a atmosférica), isso realiza uma tração, aproximando pulmões e costelas. 
O ar fluida baixa para alta pressão, sendo alterado também por: raio da via aérea; tipo de fluxo – turbilhonar aumenta a resistência e laminar diminui a resistência.
Inspiração: Aumento da caixa toráxica que puxa a pleura P, que puxa a pleura V, que puxa o pulmão, enchendo-o e distendendo-o. Logo, o pulmão não se movimenta, mas é movimentado por outras estruturas.
A ventilação requer trabalho mecânico, que encontra resistência elástica, atrito e resistência dos tecidos.
P = P atm – P alv (que é negativa)
Trabalho Muscular: costelas e diafragma trabalham na inspiração, que é onde aplica-se força. Na expiração ocorre apenas relaxamento. Outros músculos, como escalenos, intercostais, paraesternais e até esternocleidomastóide são usados no exercício em que demanda maior volume do pulmão do que no repouso. No exercício; tosse; espirro, pode haver “expiração forçada”, com contração dos músculos abdominais.
Quando o pulmão expande, aumenta-se o volume e diminui-se a pressão e como conseqüência, há entrada do ar. Ou seja, o volume NÃO aumenta por causa da entrada do ar, e sim o contrário.
Normalmente, há uma pressão negativa intrapleural (menor que a pressão atmosférica e intrapulmonar). Assim, ela faz uma aproximação do pulmão com o tórax, puxando as paredes das pleuras P e V. Se houver perfuração na pleura, o ar entra (pois o ar passa de menor para maior pressão) aumentando o volume intrapleural (aumenta o tórax), porém ao mesmo tempo, murcha o pulmão, pois a pleura já não exerce força puxando o pulmão. 
Complacência pulmonar / Complacência da parede.
Pulmonar: se dá pela inclinação da curva Volume X Pressão (Variação deV/Variação de P). A curva não é linear; no platô, NÃO se aumenta mais a complacência.
O pulmão nunca está totalmente cheio ou vazio (100% ou 0%), ele trabalha na feixa de 25% a 75% (área de MAIOR complacência, o que faz necessária MENOR força para respirar) de sua capacidade.
Propriedades elásticas da MEC: 
Muitas fibras elásticas e colágeno no parênquima pulmonar, o que faz com que a abertura dos alvéolos seja uniforme. A pleura puxa os alvéolos mais externos, que como são elásticos e interligados, todos se abrem.
Tensão Superficial:
Tendência das moléculas a se manterem coesas (unidas); como os alvéolos são revestidos por líquido, tais moléculas tendem a se juntar e colabar (“abalar”) o alvéolo, fechando-o. Assim, para alvéolos maiores, a pressão de colabamento é menor; o contrário para os alvéolos menores.
Então por que temos mais alvéolos cada vez menores? Porque aumenta a superfície de contato com o ar; para compensar essa maior tensão superficial, há substâncias surfactantes (moléculas anfipáticas), que rompem forças de atração entre as moléculas do fluido, diminuindo a tensão, consequentemente aumentando a complacência (reduz trabalho de expansão dos pulmões durante a inspiração)
 Síndrome da Angústia Respiratória Neonatal: prematuros, que ainda não tem sufactantes. 
Deformidade da coluna vertebral: diminui a complacência toraxica; impede distensão pulmonar
Fibrose: rigidez do tecido pulmonar, diminuindo a complacência. Necessário maior variação de Pressão para obter mesma expansão (variação de Volume)
Enfisema: perda de fibras elásticas, diminuindo a resistência do tecido, aumentando a complacência. Paciente respira volume pulmonar maior; tórax em forma de barril; dificuldade na expiração.
Resistência das vias aéreas: determinada pelo raio do tubo 
Aumento do raio --> menor resistência
Diminuição do raio --> maior resistência
Fluxo de ar = Variação de P/R
A diminuição do raio, como foi dito acima, deveria aumentar a resistência, porém o número de vias aumenta e o ocorre um arranjo em“paralelo” das mesmas, promovendo então uma facilitação do fluxo (menor resistência).
Alterações no Raio das Vias: inspiração (raio >, resist <); expiração (raio <,
resist >); inflamação; edema na parede; secreção; corpo estranho; contração da musculatura lisa (asma: hiperprodução de muco nas vias aéreas e a contração da musculatura lisa, diminui o diâmetro - falta de ar)...
O que proporciona a constante abertura dos pulmõs é a pressão intrapleural, que é negativa (menor que a atmosférica). Isso realiza uma tração, aproximando pulmões e costelas. O ar flui da alta para baixa pressão, sendo também alterado pelo raio da via aérea; o tipo de fluxo – turbilhonar que aumenta a resistência e laminar que diminui a resistência.
• vol da respiração
• pressão intrapleural (Pip)
• e pressão alveolar (Palv)
O aumento do volume pulmonar promove diminuição da pressão, o que gera uma diferença de pressão, com entrada de ar. O ar entra até que as pressões se igualem. O volume pulmonar então é diminuído, o que comprime o ar (aumentando a pressão), promovendo a saída do mesmo.
A pressão intrapleural diminui, pois num primeiro momento a pleura parietal é puxada, o que aumenta o Volume intrapleural, e logo depois é puxada a Pleura Visceral, diminuindo o volume e aumentando a pressão.
Ventilação: Volume de ar que entra e sai dos pulmões por unidade de tempo.
Ventilação mínima (repouso) = Vol. Corrente (0,5L) x freq. Respiratória (10resp/min)
Em uma inspiração forçada (respirar fundo), é usado um volume inspiratório de reserva que é cerca de 3L a mais da média, alcançando uma capacidade respiratória de 3,5L.
Sempre vai haver um volume residual (cerca de 1,2L); essa constante ocorre para que os pulmões não colabem.
O Volume expirado de uma pessoa:
Asmática: diminui pelo aumento da resistência das vias
Fibrose: diminui pela menor complacência pulmonar
Ao inspirarmos, o 1º ar que chegar nos pulmões é o “ar velho” que estava nas vias e é empurrado para baixo. Logo, nem todo ar que é mobilizado realiza troca gasosa, uma parte dele fica apenas nas vias (chamado: espaço morto). 
A cada 450ml de ar atmosférico inspirado em cada ciclo, 150 ml nunca alcançarão alvéolos, apenas são movidos para dentro e fora das vias aéreas. Volume de ar que circula nos pulmões mas não participa da troca de gases (ventilados mas não perfundidos pelo sangue capilar).
Assim:
Ventilação min = Vc x freqüência respiratória
Valveolar = (Vcorrente – Vespaço morto) x resp/min
O espaço morto NÃO é alterado com alteração do Vc ou da freqüência respiratória (é constante, cerca de 0,15L)
AS TROCAS GASOSAS OCORREM SEMPRE POR DIFUSÃO.
A TROCA DE O2 NÃO DEPENDE DO CO2.
ALTERAÇÃO DO VOLUME PULMONAR GERA GRADIENTE DE PRESSÃO (PULMÃO X ATMOSFERA)
Pressão parcial dos gases:
Pressão total: 760mmHg ao nível do mar. Desses, 21% de O2; 79% de N2; 0,04% de CO2 ...
Logo, 760 x 0,21 = 160mmHg de PO2.
Com a Altitude, o ar fica rarefeito (diminui os 100%), porém, a distribuição dos gases é a mesma. Assim, há diminuição do número total de moléculas de O2, por isso a “falta de ar”.
Também há a PH2O, pois o ar é umidificado até chegar aos alvéolos. Assim, a concentração final de O2 no sangue depende da PO2 no ar e da solubilidade do mesmo.
Difusão de O2 e CO2 ( sempre a favor do gradiente de concentração, o que nos leva a deduzir que a [O2] no meio é MAIOR do que no sangue. Já a [CO2] é maior nas células (oxidação), logo é maior no sangue do que no meio, por isso o sentido do mesmo, é de saída.
Ao entrar o ar, é adicionado H2O na forma de vapor, por isso a PO2 diminui de 160mmHg para um valor menor (diminui a % de O2).
A pressão alveolar de O2 cai por difusão do mesmo para o sangue que está em cerca de 40mmHg, passando a 100mmHg (sangue arterial). A diferença de PO2 é de 6 mmHg. Já a diferença de PCO2 é de 5mmHg (sangue chega a 45mmHg de PCO2 e passa a 40mmHg),
Em repouso, só é usado 1/3 da superfície alveolar, os outros 2/3 são reserva para uma situação de emergência (muita necessidade) como: exercício físico; diminuição da PO2 por altitude...
A transferência de CO2 é MENOR do que a de O2, pois o primeiro possui MAIOR coeficiente de solubilidade (D) do que o O2. Assim, sua troca ocorre mais facilmente, NÃO necessitando de uma grande diferença de PCO2. Já o O2, por ser menos difundido (menor D), compensa com aumento da PO2 (e pela adaptação de moléculas carreadoras: hemoglobina...). Olhar “Lei de Fick”.
Uma boa troca gasosa depende de uma boa relação entre fluxo de ar (ventilação) e fluxo sanguíneo (perfusão):
Relação Ventilação – Perfusão (Q)
Valor normal: V/Q = 0,8
(ventilação é 80% do valor de fluxo sanguíneo)
Isso é obtido pois, com tal relação, a PO2 = 100mmHg e PCO2 = 40mmHg (valores ótimos)
Analisando-se o pulmão de pessoa em pé, a concentração de sangue na base (embaixo) é maior do que no ápice (em cima), por efeito da gravidade. Assim, dizemos que da base para o ápice a perfusão diminui (ápice: menos perfundido).
Os alvéolos do ápice estão mais distendidos (menos complacentes), devido ao “pesinho” maior da base, que está relaxada (mais complacente).
O fluxo de sangue e ventilação não variam na mesma proporção.
V/Q é máxima no ápice e mínima na base.
 
Circulação pulmonar - perfusão
• pulmão recebe todo o débito cardíaco
• artéria pulmonar (sangue venoso) se ramifica em artérias cada vez
menores que acompanham as vias aéreas em direção à zona
respiratória - rede capilar pulmonar serve alvéolos
• troca gasosa
Circulação pulmonar
• diferente da circulação sistêmica
• sistema de menor pressão - mesmo nível do coração
• menor resistência - comporta todo o débito cardíaco
• capilares paredes finas e maleáveis comportam vol sangue grande
• vasos de calibre controlado por tensão O2, se deminuir causa constrição do
vaso
• se aumenta pressão artéria pulmonar diminui resistência por recrutamento de
capilares e distensão de capilares - > área circulação
• em repouso 5L de sangue fluem através dos capilares pulmonares
• sob exercício pesado fluxo de ar aumenta, e fluxo de sangue também
Distribuição da perfusão pulmonar
• desigual devido ao efeito da gravidade
• indivíduo deitado – fluxo de sangue uniforme
• indivíduo de pé:
Desvios da ventilação / perfusão
Distribuição da V / Q no pulmão
Desvios V / Q