Sistema Cardiorrespiratório

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Sistema cardiorrespiratório
Participa no equilíbrio ácido-base do sangue; também promove a regulação da temperatura corporal com a eliminação de calor na expiração; ocorrência de trocas de gases-hematose. 
- Conceito: respiração externa ou ventilação; respiração interna.
- Funções do sistema: suprir o organismo com O2 e dele remover o produto gasoso do metabolismo celular (CO2)
Ventilação pulmonar; difusão de O2 e de CO2; transporte de O2 e de CO2 regulação da respiração. 
A estrutura do sistema respiratório 
As estruturas do sistema respiratório são subdivididas em zona condutora (ou via de condução), que leva o ar para dentro e para fora dos pulmões, e em zona respiratória revestida por alvéolos, onde ocorrem as trocas dos gases. 
- Zona condutora: inclui o nariz, nasofaringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos e bronquíolos terminais. Funcionam levando o ar para dentro e para fora da zona respiratória, para as trocas gasosas, e para aquecer, umedecer e filtrar o ar antes que ele atinja a região critica das trocas gasosas. 
Traqueia é a principal via de condução. As vias condutoras são revestidas por células ciliadas e secretoras de muco, que atuam na remoção de partículas inaladas. As paredes das vias de condução apresentam musculatura lisa. Esses músculos têm inervações simpáticas (relaxamento e dilatação) e parassimpáticas (constrição).
- Zona respiratória: inclui estruturas que são revestidas por alvéolos e, portanto, participam das trocas de gases: os bronquíolos respiratórios, os condutos alveolares e os sacos alveolares.
*Bronquíolos respiratórios: são estruturas de transição. Como as vias condutoras, tem cílios e músculo liso, mas também são considerados parte da região de trocas gasosas, pois ocasionalmente os alvéolos brotam dessas paredes. 
As paredes dos alvéolos têm uma orla de fibras elásticas e são revestidas por células epiteliais, chamadas pneumócitos (ou células alveolares) dos tipos I e II. Tipo II sintetiza o surfactante pulmonar (necessário para a redução da tensão superficial dos alvéolos) e têm capacidade de regeneração do tipo I e II.
Espaço morto
É o volume das vias aéreas e dos pulmões que não participa da troca de gases. Espaço morto é um termo geral que se refere tanto ao real espaço morto anatômico das vias de condução, quanto ao espaço morto funcional ou fisiológico.
- Espaço morto anatômico: é o volume das vias aéreas de condução, que inclui nariz (e/ou boca), traqueia, brônquios e bronquíolos. Não inclui os bronquíolos respiratórios e os alvéolos. Quando inspirado um determinado volume, nem todo o volume talvez atinja os alvéolos para a troca de gases. É o ar que foi inspirado, mas não participou das trocas gasosas, ele será o primeiro ar a ser expirado. 
- Espaço morto fisiológico: é o volume total dos pulmões que não participa das trocas gasosas. Inclui o espaço morto anatômico das vias condutoras mais um espaço morto funcional nos alvéolos. Há casos que os alvéolos podem acabar não realizando trocas gasosas, pode haver um defeito ventilação/perfusão, no qual os alvéolos pulmonares não são perfundidos pelo sangue pulmonar. 
Músculos usados na respiração 
- Inspiração espontânea: depende da contração do diafragma e também da contração dos músculos intercostais externos. As costelas vão para frente e para trás. Há gasto de energia.
- Inspiração forçada: ocorre em uma situação patológica, durante atividade física ou de maneira voluntaria em uma hiperventilação. Diafragma, músculos intercostais externos, acessórios como esternocleidomastóideo, escalenos e paraesternais.
- Expiração espontânea: distensão do pulmão. Independe de atividade muscular.
- Respiração forçada: ocorre somente na respiração forçada. Reto abdominal, oblíquos e intercostais internos. Sem gasto de energia.
O ar entra nos pulmões por diferença de pressão. A pressão externa deve ser maior do que a interna.
Na contração do diafragma os pulmões aumentam de volume (pressão diminui para o ar entrar), além de empurrar os órgãos abdominais para baixo. 
Controle central da respiração 
A respiração é um processo involuntário controlado pelo bulbo e pela ponte, no tronco encefálico. A frequência da respiração involuntária normal é controlada por três grupos de neurônios dos centros do tronco encefálico: o centro respiratório bulbar, o centro apnêustico e o centro pneumotáxico.
- Quimiorreceptores: o tronco encefálico controla a respiração, processando as informações sensoriais (aferentes) e enviando informação motora (eferente) para o diafragma. Das informações sensoriais que chegam ao tronco encefálico, as mais importantes são as que dizem respeito à PaO2, à PaCO2 e ao pH arterial.
- Mecanorrecptores: são outros receptores que detectam a diminuição da caixa torácica e a variação de volume dos pulmões. 
Volumes e capacidades pulmonares 
Volumes pulmonares
Os volumes estáticos dos pulmões são medidos por um espirômetro. Podemos encontrar quatro tipos de volumes.
- Volume corrente (VT): corresponde a respiração normal e suave. É o volume de ar que enche os alvéolos mais o volume que enche as vias respiratórias. 
- Volume inspiratório de reserva: o volume adicional que pode ser inspirado acima do volume corrente. É o volume máximo.
- Volume expiratório de reserva: volume adicional que pode ser expirado abaixo do volume corrente. Ou seja, volume máximo que é possível expirar a partir de uma respiração espontânea.
- Volume residual (VR): volume de gás que fica nos pulmões após a expiração máxima forçada. Não pode ser medido por espirometria. 
Capacidades pulmonares 
Além desses volumes pulmonares, usam-se varias capacidades pulmonares; cada uma delas inclui dois ou mais volumes pulmonares. Podemos encontrar quatro capacidades pulmonares.
- Capacidade inspiratória (CI): é composta pelo volume corrente mais o volume inspiratório de reserva.
- Capacidade funcional residual (CFR): é composta pelo volume expiratório de reserva (VER) mais o volume residual. É o volume que permanece nos pulmões após ser expirado o volume corrente normal, pode ser considerado o volume de equilíbrio. 
- Capacidade vital (CV): capacidade inspiratória mais o volume expiratório de reserva. É o volume que pode ser expirado após a inspiração máxima.
- Capacidade pulmonar total (CPT): inclui todos os volumes pulmonares.
Mecânica da respiração
- Inspiração: o diafragma contrai, os conteúdos abdominais são empurrados para baixo, e as costelas são deslocadas para cima e pra fora. Produzem, então, aumento do volume do tórax, o que diminui a 
- Expiração: é normalmente um processo passivo. O ar é impulsionado para fora dos pulmões pela reversão do gradiente de pressão entre os pulmões e a atmosfera, até que o sistema atinja de novo seu ponto de equilíbrio. Na expiração ativa há participação dos músculos abdominais e os intercostais.
Lei de Laplace 
Estabelece a relação entre a pressão no interior de uma esfera e a tensão em suas paredes. 
- Película de liquido entre os alvéolos: surfactante pulmonar – modifica a capacidades elásticas em suas paredes (complacência)
*Surfactante: tem um dos principais componentes sendo os fosfolipídios.
- Tensão superficial: força entre as moléculas de água que garantem resistência ao ar. 
Relação entre a lei de Laplace e as pressões intra-alveolares
De conhecimento que a lei de Laplace estabelece a relação entre a pressão no interior de uma esfera e a tensão em suas paredes. 
P = 2T / r 
Consequência da lei de Laplace: caso houvesse mesma tensão superficial a pressão no interior dos alvéolos maiores seria menor do que nos menores. 
- A ação dos surfactantes são maiores nos alvéolos menores do que nos maiores, fazendo com que alvéolos diferentes possuam mesma pressão - sem diferença de pressão o ar não circula. Ele é capaz de reduzir a tensão superficial. Age diminuindo a interação entre moléculas de H2O. *Promove mesma pressão nos alvéolos diferentes.
- Surfactantes podem alterar a complacência do pulmão. 
- Inspiração x expiração:durante a expiração o pulmão se torna mais complacente. 
Ventilação e perfusão
 Ventilação (respiração): é a renovação constante do ar durante o ciclo respiratório (por unidade de tempo). 
Frequência respiratória (FR)- quanto de ar inspirado por minuto
*ventilação alveolar: no espaço morto não ocorre trocas gasosas. 
- Ventilação pulmonar: V = volume corrente x FR
- Fatores de resistência da entrada do ar nos nossos pulmões: 
> Diâmetro das vias aéreas – algumas moléculas afetam seu diâmetro 
- Atividade simpática e parassimpática – os receptores se encontram nos músculos lisos, sensíveis a: adrenalina e noradrenalina (SNA S. e broncodilatação); acetilcolina (SNA P. e broncoconstrição).
> Comprimento das vias aéreas: acaba que nem interfere, mas quanto maior a distancia a ser percorrida maior a resistência; 
> Densidade e viscosidade do ar inalado (proximidade das moléculas): depende do ambiente. Mais viscoso mais resistência.
> Tensão superficial dos alvéolos: ação dos surfactantes
Ventilação e Perfusão 
- O processo de respiração é medido pela ventilação pulmonar (quantidade de ar inspirado a cada minuto).
- A perfusão pulmonar é o debito cardíaco (frequência cardíaca x débito sistólico do ventrículo direito)
- A eficiência pulmonar depende de quão próxima a ventilação alveolar (proporção de volume de ar fresco para cada parte do pulmão) se iguala a perfusão (proporção de volume corrente de sangue para cada parte do pulmão).
1- distribuição da ventilação:
- A ventilação pulmonar varia da base para o ápice em decorrência da desigualdade dos valores de pressão intrapulmonar ao longo do pulmão (ação da gravidade).
- Apice- menor pressão
- Base- maior pressão. Com isso o ar flui mais para a base.
Situação de repouso 
- Ápice do pulmão – alvéolos ficam maiores (mais distendidos), pois se encontram sob menor pressão.
- Base do pulmão – alvéolos ficam menores, pois se encontram sob maior pressão.
Inspiração 
- Ápice do pulmão – alvéolos se enchem menos
- Base do pulmão - alvéolos se enchem mais.
Distribuição da perfusão 
- No pulmão há dois tipos de circulação a pulmonar e a brônquica 
Circulação pulmonar. Tem por função principal a arterialização do sangue por meio de trocas gasosas ao nível alvéolo-capilar. Possui fluxo sanguíneo grande, com resistência e níveis pressóricos baixos. A área que tem para o sangue circular é enorme e por isso gera uma pressão mais baixa (grande fluxo de sangue).
Circulação brônquica. Tem por função nutrir as estruturas pulmonares, à excreção dos dutos e alvéolos (banhados pela circulação pulmonar), não participando da hematose. Sua pressão é sistêmica com resistência elevada e a perfusão é reduzida. 
- Ápice- menor pressão intravascular, maior resistência, menor fluxo sanguíneo. Os alvéolos estão mais distendidos 
- Base- maior pressão intravascular, menor resistência, maior fluxo sanguíneo. 
 
Distribuição da relação ventilação-perfusão 
- Ventilação e perfusão são altas na base do pulmão e decrescem em direção ao ápice. Contudo, a perfusão varia mais do que a ventilação. 
- Eficiência máxima será quando os valores de ventilação e perfusão forem iguais.
- Após o momento de igualdade a ventilação é maior que a perfusão, antes desse ponto igual à perfusão é maior. 
- A base é bem mais ventilada e perfundida do que o ápice, mas a relação ventilação/perfusão é maior no ápice (taxa de O2 alveolar é superior). 
- Observamos que no ápice todo sangue conseguirá ser oxigenado, porque a quantidade de oxigênio é maior do que o fluxo do sangue, o que é diferente quando se está na base.
- A base é mais oxigenada e perfundida, porém sua relação ventilação/perfusão não é tão eficiente como no ápice. 
 Trocas gasosas 
- Referem-se a difusão de O2 e CO2 nos pulmões e nos tecidos periféricos.
- Os mecanismos das trocas gasosas baseiam-se nas propriedades fundamentais dos gases e incluem seu comportamento em solução.
LEI GERAL DOS GASES: PV=nRT
Sempre haverá uma relação de maior pressão se houver um maior numero de moléculas.
- Respiração traz o ar enriquecido de O2 e se difunde no alvéolo em direção a circulação. No caminho de levar o O2 ao corpo por difusão há as trocas.
 Propriedades físicas químicas dos gases: “a pressão que um gás exerce em um recipiente resulta do choque de suas moléculas de encontro às paredes do recipiente”. 
- Há uma relação quando se pega um recipiente fechado entre o volume e a pressão. Se mudar o volume consequentemente a pressão que existe muda. 
O fluxo ocorre devido o gradiente de pressão.
 Lei de Henry: a solubilidade influenciará a concentração 
C = P x S
- Vemos isto em o numero de moléculas de O2 será maior no meio gasoso do que no líquido, já que O2 e H2O competem por espaço, ou seja, menor solubilidade.
 Difusão dos gases – lei de Fick
- A intensidade da transferência por difusão é diretamente proporcional à força impulsora, a um coeficiente de difusão, à área disponível para a difusão e inversamente proporcional à espessura da barreira da membrana (se houver uma barreira que separa essas duas fases).
- A força impulsora para a difusão de um gás é a diferença de pressão parcial e não a diferença de concentração.
Transporte de oxigênio 
 O oxigênio é transportado em duas formas no sangue: dissolvido e ligado à hemoglobina. Apenas o O2 dissolvido não é capaz de atender as necessidades metabólicas do tecido.
- O2 dissolvido: está livre em solução e contabiliza aproximadamente 2% de conteúdo total do O2 no sangue. O2 dissolvido é a única forma de O2 que produz pressão parcial, o que, por sua vez, impulsiona a sua difusão.
- Oxiemoglobina: os restantes 98% do conteúdo total de O2 no sangue se ligam de modo reversível à hemoglobina contida nas hemácias. Cada hemoglobina pode carregar até quatro moléculas de oxigênio. Entretanto para que seja possível a ligação da hemoglobina ao oxigênio é necessário que haja ferro no heme (no estado ferroso Fe2+) ligado à ela. Caso esteja no estado férrico (Fe3+) o O2não se liga. 
Alterações da curva de dissociação da Oxiemoglobina 
A curva pode se desviar para a direita ou para a esquerda. Tais desvios refletem alterações da afinidade da hemoglobina pelo O2 e produzem mudanças da P50 (P50 é a Po2 na qual a hemoglobina está 50% saturada). Podem ocorrer desvios sem variação da capacidade de ligação ao O2, e, nesse caso, a curva se desvia para a direita ou para a esquerda, mas sua forma permanece inalterada.
- Desvios para a direita: ocorrem desvios da curva de dissociação para a direita quando há diminuição da afinidade da hemoglobina pelo O2. O decréscimo da afinidade se reflete em aumento da P50, o que significa que a saturação em 50% é atingida em um valor de Po2, maior que o normal. Quando a afinidade diminui, é facilitada a descarga de O2 nos tecidos. Os fatores que provocam diminuição da afinidade e desvio da curva para a direita podem ser entendidos do ponto de vista fisiológico. Em cada caso, isto é vantajoso para facilitar a descarga de O2 nos tecidos. Fatores que causam tal fenômeno: aumento da Pco2 e diminuição do pH; aumento da temperatura; e aumento da concentração de 2,3 disfosfoglicerato (2,3-DPG), é um subproduto da glicólise nas hemácias.
- Desvios para a esquerda: ocorre desvio para a esquerda da curva de dissociação da oxiemoglobina quando há aumento da afinidade pelo O2. O aumento da afinidade reflete-se em decréscimo da P50, o que significa que ocorre saturação de 50% no valor de Po2 abaixo do valor normal. Quando a afinidade está aumentada, a descarga do O2 nos tecidos é mais difícil. Fatores que causam tal fenômeno: decréscimo da Pco2 e aumento do pH; diminuição da temperatura; diminuição da concentração de 2,3-DPG, reflete uma diminuição do metabolismo dos tecidos, com isso menos O2 é descarreado nos tecidos; e hemoglobina F, é a variante fetal da hemoglobina. 
Transporte de dióxido de carbono no sangue 
O CO2 é transportado no sangue, sob três formas: como CO2 dissolvido, como carbaminoemoglobina(CO2 ligado à hemoglobina) e como bicarbonato (HCO3-) que é uma forma quimicamente modificada de CO2. Sem sombra de dúvida, o HCO3- é quantitativamente a mais importante dessas três formas.
- CO2 dissolvido: sua concentração é dada pela lei de Henry, a qual estabelece que a concentração de CO2 no sangue é a pressão parcial multiplicada pela solubilidade (C=PxS). É aproximadamente 5% do conteúdo total de CO2 no sangue.
- Carbaminoemoglobina: o CO2 liga-se a grupamentos amino terminais nas proteínas (p. ex., hemoglobina e proteínas plasmáticas, como a albumina). Cerca de 3% do CO2 total.
- HCO3-: representa mais de 90% do CO2 total. O CO2 interage com a água e dá origem a H3CO3, um ácido fraco. Catalisada pela anidrase carbônica, encontrada em altas concentrações nas hemácias. Nas hemácias se dissocia e dá origem ao íon H+ e ao HCO3. O H+ permanece nas hemácias, enquanto o bicarbonato é mandado ao plasma, enquanto sai o bicarbonato entra um íon de cloreto (Cl-). 
Caso o H+ permanecesse no plasma, iria acidificar o meio, por isso as hemácias servem como tamponantes. O H+ é tamponado nas hemácias pela desoxiemoglobina e é transportado nessa forma no sangue venoso. É interessante que a desoxiemoglobina é um melhor tampão que a oxiemoglobina.
O H+ gerado do CO2 tecidual faz com que a hemoglobina libere O2 mais rapidamente aos tecidos. Por sua vez, a desoxigenação da hemoglobina faz dela um melhor tampão para o H+.
Todas as reações descritas são ao contrarias nos pulmões: H+ é liberado dos seus locais de tamponamentos na desoxiemoglobina, o HCO3- entra nas hemácias por troca com Cl-, o H+ e o HCO3- se combinam, formando H2CO3, e este se dissocia em CO2 e H2O. O CO2 regenerado e a H2O são expirados pelos pulmões.
 
“E conhecereis a verdade, e a verdade vos libertará.”
- João 8:32