Fisiologia do sistema respiratorio

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Fisiologia do sistema respiratório
Introdução
Respiração: inspiração e expiração
Ciclos respiratórios adequados pelo sistema
nervoso central, dependendo do metabolismo
O intervalo entre um ciclo e outro é chamado de
repouso respiratório (ausência de respiração)
Ativação de hormônios, olfato, fala: função não
respiratória do sistema respiratório (angiotensina)
Objetivos
Ventilação pulmonar
Difusão de oxigênio e dióxido de carbono entre os
alvéolos e o sangue
Transporte de oxigênio e dióxido de carbono no
sangue e nos líquidos corporais
Regulação da ventilação
Fases do Ciclo Respiratório
Evento caracterizado pela inspiração e expiração
Existe um período entre os ciclos que é chamado
de repouso respiratório, período esse que separa o
final de uma expiração e ínicio de uma inspiração
Esse evento depende da mecânica ventilatória, ou
seja, dos movimentos do músculos (sobretudo os da
musculatura estriada esquelética) que funcionam sob
controle do sistema nervoso
Músculos da respiração importantes para a
inspiração: músculo diafragma e intercostais externos
Músculos da respiração importantes para a
expiração: músculos abdominais
Intensidade ou amplitude respiratória: pode ser mais
profunda (mais intensa) ou mais superficial (menos
intensa), podendo também ser fisiológico ou patológico
A menor frequência respiratória ocorre durante a
noite durante o sono
O repouso respiratório pode ser adaptado:
– ↑frequência respiratória ↓duração do repouso; ex:
atividade física intensa
– ↓frequência respiratória ↑duração do repouso; ex:
durante o sono
Apneia: aumento patológico do repouso respiratório
(menor ventilação e comprometimento das trocas
gasosas)
Controle do equilíbrio ácido-base
A referência é o pH sanguíneo, predominantemente
o pH arterial (pH plasmático: valor de referência 7,35 -
7,45)
Acidose: abaixo de 7,35 (pode ser metabólica ou
respiratória)
Alcalose: acima de 7,45 (pode ser metabólica ou
respiratória)
Variáveis que controlam o pH: CO2, HCO3
-, H+
Atenção! O oxigênio NÃO altera pH
Esses elementos estão presentes no sangue
Acidose
Metabólica ou não respiratória
Respiratória: variação do pH como consequência da
alteração do CO2 no plasma
+ [CO2] - pH = acidose
Alcalose
Metabólica ou não respiratória
Respiratória: variação do pH como consequência da
alteração do CO2 no plasma
- [CO2] + pH = alcalose
Excretar muito CO2 (hiperventilar) faz com que
tenha menos CO2 no plasma e faz com que ocorra
alcalose respiratória
Dependendo da frequência respiratória ou da
amplitude ocorre maior ou menor ventilação
Ventilação
Alterações do volume da caixa torácica são
dependentes dos músculos da respiração
Ventilação alveolar
Ocorre nos alvéolos, único local que ocorrem as
trocas gasosas
As trocas gasosas permitem a ventilação alveolar e
dependem do ciclo respiratório, pois possibilita a
chegada de ar novo aos alvéolos
A ventilação se adequa às nossas necessidades de
obtenção de O2 e secreção de CO2
Para uma maior ventilação, deve ocorrer maior
frequência respiratória e/ou maior amplitude
Espaço morto fisiológico: qualquer local do trato
respiratório que não é utilizado para as trocas gasosas,
ou seja, qualquer espaço que não seja os alvéolos
Cavidade nasal
A) Pré condicionamento do ar: aquecimento do ar na
cavidade nasal, por ser uma região muito vascularizada,
que por convecção aquece o ar
B) Umedecimento: o líquido da expiração auxilia no
umedecimento do ar
Perspiração imperceptível: excreção de líquido
durante a expiração (volume muito pequeno)
A pressão que o ar chega nos alvéolos é menor que
a pressão atmosférica, o que auxilia nas trocas gasosas
C) Filtração do ar: ocorre em mais de um lugar do trato
respiratório, principalmente na cavidade nasal, devido
a presença de muco e pelos
Lívia Francisco T28
A traqueia também é revestida por muco e
apresenta células ciliadas, as quais permitem a
expulsão de partículas estranhas do trato respiratório
Nos alvéolos existem macrófagos, os quais
fagocitam possíveis substâncias que possam ter
chegado lá (lixeiros alveolares) - antigos monócitos que
sofrem diapedese e se tornam macrófagos
Caixa torácica
Pressão intra alveolar
Inspiração (2s)
Expansão da caixa torácica durante a inspiração
expande os pulmões
A pressão intra alveolar fica menor que a pressão
atmosférica
Essa pressão negativa puxa o ar para os alvéolos
Expiração (3s)
Diminuição do volume da caixa torácica
A pressão intra alveolar fica maior que a pressão
atmosférica
Essa pressão positiva faz com que o ar saia dos
alvéolos
Pressão transpleural
Sempre é negativa, no repouso, na inspiração e na
expiração
Mais negativa na inspiração do que na expiração
São alteradas devido a mudança do volume da
caixa torácica, favorecendo a entrada do ar na
inspiração e a saída do ar na expiração
O pulmão se estende devido sua complacência e
morfologia com fibras colágenas e elásticas
O pulmão distende e isso faz com que o ar entre e
não o contrário (não é o ar que distende o pulmão)
Espirometria: mede o volume e a capacidade
respiratória
Informações muito importantes na clínica
Volumes respiratórios
Volume corrente (VC): volume de ar trocado a cada
movimento respiratório (varia conforme atividade física)
Volumes de reserva inspiratório (VRI): é o ar que falta
inspirar depois da inspiração do VC
Volume de reserva expiratório (VRE): é o ar que falta
expirar depois da expiração do VC
Volume residual (VR): é o ar que resta depois e uma
expiração máxima
Esse volume não pode ser trocado ativamente, mas
apenas por difusão gasosa
É medido indiretamente
É continuamente trocado, mas não é excretado (a
cada ventilação ele é renovado)
A partir dos volumes é possível calcular as capacidades
respiratórias
Capacidades respiratórias
Capacidade vital (CV): é o volume máximo de ar capaz
de ser trocado
CV = VC + VCI + VCE
É a soma dos três volumes funcionais
Capacidade inspiratória (CI): a começar da inspiração
corrente de repouso. é o máximo de ar que pode ser
inspirado
CI = VC + VRI
Capacidade residual funcional (CRF): compreende o
ar que pode ser expirado, ao fim da expiração corrente
em repouso, mais o volume residual
Mantém trocas gasosas nos momentos de repouso
respiratório (ausência de ventilação)
CRF = VRE + VR
Capacidade total (CT): é o volume total de ar que pode
ser contido máximo de ar que pode ser contido nos
pulmões, ao fim da expiração máxima
CT = VC + VRE + VRI + VR (soma dos 4 volumes)
Músculos respiratórios
a) Diafragma e intercostais externos
Principais músculos da INSPIRAÇÃO
Músculos acessórios da inspiração: escalenos e
esternocleidomastóideo
O trabalho desses músculos é AUMENTAR o
volume da caixa torácica
b) Intercostais internos e abdominais
Principais músculos da EXPIRAÇÃO
O trabalho desses músculos é DIMINUIR o volume
da caixa torácica
Os neurônios que inervam esses músculos partem da
medula espinhal, os quais estão sob influência dos
neurônios do tronco encefálico (fazem o controle da
respiração)
Os neurônios inspiratórios estimulam os músculos
inspiratórios e os neurônios expiratórios estimula os
músculos expiratórios (para que qualquer músculo
contraia deve existir estímulo)
Em repouso (expiração passiva)
Expiração é um evento passivo
Não é necessário contrair os músculos da
respiração
Basta que os músculos da inspiração relaxem
Costelas são elevadas e o diafragma empurra as
vísceras, expandindo a caixa torácica
Lívia Francisco T28
Gráfico pressão x volume dos pulmões isolados
Inspiração: aumento da pressão e do volume do
pulmonar
Expiração: diminuição da pressão e do volume
pulmonar
Histerese pulmonar: é a diferença entre as retas e
sua justificativa é estrutural
Atelectasia alveolar
Surfactantes: localizados no interior do alvéolo e
diminui a tensão superficial, evitando a atelectasia
(colabamento do alvéolo)
Faz com que as moléculas de água fiquem mais
separadas
Reveste a superfície interior do alvéolo
No interior do alvéolo existe ar e no exterior existe o
líquido extracelular, de modo que a pressão externa ao
alvéoloseja maior que a pressão interna
Diminuem a tensão superficial, aumentando a
complacência pulmonar
Complacência pulmonar
Enfisema
A capacidade pulmonar total aumenta, em
decorrência de lesões no alvéolos e nas fibras
pulmonares, reduzindo sua elasticidade e aumentando
sua complacência
Se o alvéolo é lesionado, o ar entra no interstício e
o capilar se distancia do alvéolo, além de comprimir
esse alvéolo devido à entrada de ar, diminuindo também
as áreas de troca
Perde-se resistência para expansão (o pulmão
expande mais)
O ar quando chega no pulmão passa a ir para o
interstício devido às lesões nos alvéolos
É um aumento patológico da complacência
Fibrose
Ocorre a lesão e a cicatrização dos alvéolos com
tecido fibroso
Maior elasticidade no pulmão e menor
complacência
Edema
Acúmulo de líquido no interstício (edema intersticial)
Cria distância entre o alvéolo e o capilar,
prejudicando a área para trocas
Acúmulo de líquido no alvéolo (edema alveolar)
Problemas de expansão e comprometimento das
trocas gasosas
Trocas gasosas
Alvéolos
Broncodilatação e broncoconstrição
As trocas gasosas ocorrem apenas no alvéolo
Ventilação alveolar e fluxo sanguíneo para os
capilares alveolares + brônquios e capilares
Relação ventilação x perfusão (fluxo de sangue)
Broncodilatação: aumento da ventilação alveolar
Broncoconstrição: diminuição da ventilação
alveolar
Ventilação do alvéolo = volume corrente x frequência
respiratória (fr)
O volume corrente é o ar que entra e sai do sistema
respiratório 500 ml (não é todo ar que chega nos
alvéolos)
É utilizado apenas a ventilação alveolar, ou seja, o
ar que chega nos alvéolos 350ml x 12 mpm
Mudanças na pressão pulmonar não podem
lesionar os alvéolos
Capilares
Trocas externas: entre o capilar alveolar e os
alvéolos (o oxigênio sai do capilar alveolar e vai para as
células do alvéolo)
Trocas internas: entre o capilar e qualquer célula
ou tecido do corpo (o oxigênio da hemácia sai do vaso e
vai para a célula oxigena-la)
O oxigênio do ar alveolar vai para o sangue
O oxigênio é substituído pelo gás carbônico
Alterações na quantidade de hemácia, na
viscosidade do sangue e etc podem alterar os
mecanismos de trocas gasosas
Controle das trocas baseadas na ventilação e na
perfusão (o sistema respiratório e o sistema circulatório
precisam estar de acordo)
As trocas gasosas ocorrem por difusão (os gases são
permeáveis à membrana)
É preciso que exista DIFERENÇA DE PRESSÃO
Área para trocas gasosas
Quanto menor a distância entre o capilar alveolar
com o alvéolo maior são as possibilidades de troca
Quanto maior a área de contato (áreas de alvéolos
e de capilares que estão mais próximos um do outro)
maior a facilidade para trocas gasosas
Se aumentar o fluxo de sangue no capilar, ele se
distende, aumentando a área de troca e facilita as
trocas gasosas
Não pode acontecer distensão do capilar ao ponto
de comprimir o alvéolo e vice-versa
Em repouso: existem áreas mais perfundidas e
áreas mais ventiladas no ápice, base e área
intermediária do pulmão
– Base do pulmão: próximo ao coração com maior
perfusão e menor ventilação
– Ápice do pulmão: menor perfusão e maior ventilação
Lívia Francisco T28
Em atividade: as áreas do pulmão são perfundidas
e ventiladas de modo mais homogêneo
– Ocorre aumento da ventilação (+ excreção de CO2)
mas não entra em alcalose porque já está sendo
produzido mais CO2, sendo preciso excretar
Quanto mais fino for o endotélio capilar, mais fácil é
a troca gasosa
Hematose: oxigenação sanguínea que ocorre pela
diferença de pressão
Quanto maior a ventilação pulmonar, maior
concentração de oxigênio no alvéolo
Quanto maior a ventilação pulmonar, menor a
concentração de gás carbônico no sangue
A quantidade de CO2 no sangue vai influenciar o pH
do sangue
+ CO2 acidose respiratória
- CO2 alcalose respiratória
O padrão de ventilação pode alterar o pH sanguíneo
(frequência e amplitude respiratória)
+ ventilação + excreção de CO2 - CO2 no sangue
gerando alcalose
- ventilação - excreção de CO2 + CO2no sangue
gerando acidose
Algumas mudanças no padrão ventilatório acontecem
para que haja regulação do pH (resposta do corpo
tentando compensar uma alteração de pH)
Controle central da respiração
Efetores: músculos da respiração
Suas açõe controlam a frequência e a amplitude
respiratória
Momento que se ventila mais ou se ventila menos
Sensores: receptores
Centrais: ficam no SNC (líquor)
Periféricos: estão localizados fora do SNC (sangue)
Os sensores mais sensíveis para o controle da
respiração são os centrais
A composição do líquor é um reflexo do plasma,
quimicamente existe uma diferença, a presença de
proteínas, uma vez que no plasma existem proteínas e
no líquor não tem proteínas
Existem informações plasmática que são refletidas
no líquor, ou seja, se mudar a quantidade de oxigênio,
de CO2, ou pH no plasma, ocorre alteração igual no
líquor
Essas variáveis pCO2, PO2 pH são muito
importantes quando se analisa o controle central a
respiração
Tronco encefálico
Os reflexos são iniciados pelos sensores
(receptores)
Receptores químicos
Responde a estímulos químicos (PO2, PCO2 e pH -
tripé básico de monitoramento do sistema respiratório)
Receptores Justalveolares: receptores químicos
periféricos (fora do SNC) próximos aos alvéolos no
interstício pulmonar
Receptor mecânico
Na inspiração o pulmão se distende e isso é
percebido pelos receptores mecânicos
Receptores térmicos
Influência que a temperatura tem sobre a respiração
Os receptores do líquor, sangue e pulmões recebem
informações a respeito do pH, pCO2 e pO2 e controlam o
modulam o padrão respiratório
SNC
Presença do líquor
Ventrículos encefálicos: apresenta câmeras
preenchidas por liquor (Ventrículo lateral direito,
Ventrículo lateral esquerdo, Terceiro ventrículo e Quarto
ventrículo: possui uma área importante no mesencéfalo,
com a presença de neurônios que detectam
(quimiorreceptores centrais em contato com o líquor)
Bulbo, ponte e mesencéfalo
Bulbo
Grupo respiratório ventral (GRV) - sobretudo controla
a expiração
Controla os neurônios que controlam os músculos
da expiração
Grupo respiratório dorsal (GRD) - sobretudo controla
a inspiração
Controla os neurônios que controlam os músculos
da inspiração
São neurônios autoexcitáveis, o que pode ser
modulado
Assim, o GRV e GRD não estão em contato com os
músculos
Se comunicam com os neurônios da medula que se
comunicam com os músculos respiratórios
Esses neurônios fazem sinapse com os neurônios
da medula espinal que inerva os músculos (primeiro o
sinal vai para os neurônios da medula para
posteriormente irem para os neurônios do bulbo)
Hoje se sabe que na inspiração os neurônios
dorsais trabalham mais, porém os ventrais também
estão ativos e vice-versa
Diversos grupos de neurônios formam GRV e GRD
Complexo pré-Botzinger
GRV e GRD não estão ativos ao mesmo tempo,
pois não é possível expirar e inspirar ao mesmo tempo,
isto é, geram PA de modo cíclico
O grupo de neurônios mais importante no controle
da respiração são os neurônios pré-botzinger, pois
controlam o GRV e GRD
Reflexo de Hering-Breuer
GRP: grupo respiratório pontino (fica na ponte)
Lívia Francisco T28
Nós temos receptores mecânicos, sobretudo nos
pulmões que são ativados pela distensão do pulmão,
que detectam complacência, até se atingir o limiar
desse receptor, evidenciando qual é a capacidade
respiratória. Esses receptores mecânicos estimula GRP
e esses por sua vez inibem o GRD, ocorrendo fim da
inspiração
Associar a capacidade de distensão do pulmão com
a inspiração
A queda do pH é muito importante no controle da
respiração
Aumento do CO2 e diminuição do pH: receptores
mais ativos do que quando ocorre o aumento ou queda
do O2
Os quimiorreceptores para pCO2 são mais sensíveis
do que os para pO2
Portanto o aumento de CO2 é mais importante que
a diminuição do O2 Ativos do que quando ocorre o
aumento ou queda do O2
No aumento de CO2 tem-se a formação de H+, em
decorrência da dissociação do ácido carbônico. O H+
não passa pela barreira hematoencefálica,de modo que
para detectar as alterações de pH seja necessário que o
H+ se associe ao bicarbonato para formar ácido
carbônico que novamente se dissocia em CO2 que se
difunde para a barreira hematoencefálica e lá dentro do
líquor essa alteração de pH é percebida
H+ + HCO3 ⇄ H2CO3 ⇄ H2O + CO2
O CO2 é permeável e passa pelo neurônio, dentro
do neurônio o CO2 combina com a H2O e forma o ácido
carbônico, que se dissocia em H+ e bicarbonato
Os receptores químicos periféricos são mais
sensíveis ao pO2 e CO2
Os receptores químicos centrais são mais
sensíveis ao pH
Lívia Francisco T28