Sistema Respiratório

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Sistema Respiratório
A respiração provê oxigênio aos tecidos e remove o dióxido de carbono.
Pode ser dividida em 4 funções:
1) Ventilação pulmonar: influxo e efluxo de ar entre atmosfera e alvéolos pulmonares
2) Difusão de oxigênio e CO2 entre os alvéolos e o sangue
3) Transporte de oxigênio e CO2 no sangue e nos líquidos corporais
4) Regulação da ventilação
O fluxo ocorre a partir de regiões de pressão mais alta para regiões de pressão mais baixa.
Uma bomba muscular cria gradientes de pressão.
A resistência ao fluxo de ar é influenciada principalmente pelo diâmetro dos tubos pelos quais o ar está fluindo.
A diferença entre fluxo de ar no sistema respiratório e fluxo de sangue no sistema circulatório, é que o ar é uma mistura de gases menos viscosa compressível, ao passo que o sangue é um liquido não compressível.
O sistema respiratório consiste em estruturas envolvidas na ventilação e na troca de gases:
1. O sistema condutor, ou vias aéreas, que conduz do meio externo para a superfície de troca dos pulmões.
2. Os alvéolos, uma série de sacos interconectados e seus capilares pulmonares associados. Estas 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 e do abdome que auxiliam a ventilação.
O sistema respiratório pode ser dividido em duas partes: o trato respiratório superior (boca, cavidade nasal, faringe e laringe) e trato respiratório inferior (traqueia, brônquios e suas ramificações, pulmões).
O tórax é delimitado pelos ossos da coluna vertebral e das costelas e seus músculos associados, juntos formam a caixa torácica. As costelas e a coluna vertebral formam os lados e o topo da caixa. O diafragma forma a base.
Os músculos intercostais unem os pares de costelas. 
O tórax é um recipiente fechado preenchido com três sacos membranosos. Um, o saco pericárdio contem o coração. Os dois outros sacos, os sacos pleurais, cada um circunda um pulmão. O esôfago e os nervos e vasos sanguíneos torácicos passam entre os sacos pleurais.
Diafragma: o diafragma é o responsável por iniciar a respiração, entretanto o musculo intercostal também possui essa função, só que com menor participação. A contração desses músculos causa uma diminuição de pressão do pulmão, fazendo com que o ar ganhe a cavidade deste órgão, por aumentar o volume pulmonar. A diminuição do volume do pulmão causa um aumento da pressão, e consequentemente a saída de ar, isso porque o intercostal externo e o diafragma se relaxam.
Os sacos pleurais envolvem os pulmões
Os pulmões consistem em um tecido leve e esponjoso cujo volume é ocupado na maior parte por espaços cheios de ar. Esses órgãos quase preenchem a cavidade torácica e suas bases repousam no diafragma. Os brônquios (vias aéreas semirrígidas) conectam os pulmões à traqueia (via aérea principal).
Cada pulmão é circundado por um saco pleural de paredes duplas cujas membranas revestem o interior do tórax e cobrem a superfície externa dos pulmões. 
Cada membrana pleural, ou pleura, contem varias camadas de tecido conectivo elástico e numerosos capilares. As camadas opostas da membrana pleural são mantidas unidas por uma fina camada de liquido pleural (volume total aproximadamente 25ml). O resultado é parecido com um balão cheio de ar (pulmão) circundado por um balão cheio de agua (saco pleural).
O líquido pleural: cria uma superfície úmida e escorregadia para que as membranas opostas possam deslizar enquanto os pulmões se movem dentro do tórax; mantem os pulmões aderidos à parede torácica.
As vias aéreas conectam os pulmões ao meio externo (árvore brônquica)
O ar entra pela boca e nariz e passa pela faringe, flui através da laringe para a traqueia (que contem pregas vocais). A traqueia se estende para baixo no tórax, onde se ramifica em um par de brônquios primários (um brônquio para cada pulmão). Dentro dos pulmões os brônquios se ramificam (secundários, terciários) em brônquios progressivamente menores. Nos pulmões, os menores brônquios se ramificam em bronquíolos (pequenas vias aéreas colapsáveis, com paredes de musculo liso). Os bronquíolos continuam ramificando até que formem uma transição entre as vias aéreas e o epitélio de troca do pulmão (zona respiratória).
* a área de secção transversal total aumenta a cada divisão das vias aéreas.
* Traqueia e brônquios são tubos semiflexíveis sustentados por cartilagem.
* o musculo liso permite aos bronquíolos que o neurônio simpático possa liberar seu mediador químico permitindo sua abertura (dilatação/contração).
As vias aéreas superiores e os brônquios além de servirem de passagem para o ar, desempenham papel importante no condicionamento do ar antes que ele alcance os alvéolos. O condicionamento possui três componentes: 1. Aquece o ar até a temperatura do corpo (alvéolos não são danificados pelo ar frio); 2. Adiciona vapor de água até o ar atingir a umidade completa (epitélio de troca úmido não seca); 3. Filtra material estranho (vírus, bactérias e partículas inorgânicas não alcançam os alvéolos).
A respiração pela boca não é tao eficaz em aquecer e umedecer o ar como pelo nariz.
A filtração do ar acontece na traqueia e nos brônquios. Estas vias aéreas são revestidas com epitélio ciliado que secreta muco e uma solução salina diluída. No topo deles há uma camada de muco pegajoso que aprisiona a maioria das partículas inaladas maiores.
A camada de muco é secretada por células caliciformes. Os cílios com seus batimentos movem o muco para a faringe (movimento mucociliar). A secreção da camada salina aquosa sob o muco é essencial para o movimento mucociliar funcional (sem a camada salina o muco fica espesso e pegajoso), o muco então não é eliminado e bactérias colonizam as vias aéreas, podendo resultar em infecção pulmonar (ex.: fibrose cística).
Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas gasosas
Os alvéolos são agrupados nas extremidades dos bronquíolos terminais e constituem a maior parte do tecido pulmonar. Sua função primaria é a troca gasosa entre eles e o sangue.
O ducto alveolar é quem capta o oxigênio. Os alvéolos permitem a troca de gases, eles recebem uma densa inervação vascular. O alvéolo é constituído de uma única camada de epitélio.
Além dos macrófagos (responsáveis por captar/neutralizar substancias estranhas que atinjam o alvéolo), dois tipos de células epiteliais são encontrados nos alvéolos:
Célula alveolar tipo II: menor e mais espessa, sintetiza e secreta uma substancia química conhecida como surfactante. O surfactante está presente nas paredes dos alvéolos, contem fosfolipídios e lipoproteínas; se mistura com o liquido fino que reveste o alvéolo para ajudar os pulmões quando eles se expandem durante a respiração, também ajudam a minimizar a quantidade de liquido presente nos alvéolos transportando solutos e agua para fora do espaço aéreo alveolar. Resumindo, o surfactante impede que o alvéolo se colabe (contraia), tem ação “detergente”, quebrando a tensão superficial do liquido alveolar. Além disso, o surfactante é produzido no feto (a partir da 32ª semana), o bebê que é prematuro ou não tem essa substancia tem uma síndrome, a Síndrome do desconforto respiratório do recém-nascido.
Célula alveolar tipo I: maiores, são muito finas, de modo que os gases possam se difundir rapidamente através delas. Na maior parte da área de troca, uma camada de membrana basal funde o epitélio alveolar ao endotélio do capilar. Na área restante, somente uma pequena quantidade de liquido intersticial está presente.
As paredes finas do alvéolo não tem musculo porque as fibras musculares poderiam bloquear a rápida troca gasosa. O alvéolo então não pode se contrair, contudo, o tecido conectivo entre as células epiteliais alveolares contem fibras de elastina e colágeno que geram retração elástica quando o tecido pulmonar é estirado.
Os vasos sanguíneos preenchem 80%-90% do espaço entre os alvéolos, formando contato intimo com estes, o queé essencial para a rápida troca gasosa.
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 o sangue com pouco oxigênio do ventrículo direito. O tronco pulmonar divide-se em duas artérias pulmonares. O sangue oxigenado dos pulmões retorna ao átrio esquerdo pelas veias pulmonares.
Cerca de 0,5L de sangue é encontrado na circulação, e destes, 75mL está nos capilares, onde ocorrem as trocas gasosas, e o restante nas artérias e veias pulmonares.
A taxa do fluxo sanguíneo nos pulmões é bem mais alta do que em outros tecidos porque os pulmões recebem o debito cardíaco total do ventrículo direito.
Apesar da alta taxa de fluxo, a pressão sanguínea pulmonar é baixa. O ventrículo direito não tem de bombear tão vigorosamente para gerar o fluxo sanguíneo porque a resistência da circulação pulmonar é baixa (menor comprimento dos vasos sanguíneos e distensibilidade das arteríolas pulmonares).
Pressão hidrostática resultante que filtra o liquido de um capilar pulmonar para o espaço intersticial é baixa porque a pressão sanguínea media é baixa. O sistema linfático remove os líquidos filtrados. A distancia entre o espaço aéreo alveolar e o endotélio capilar é pequena, e os gases se difundem rapidamente entre eles.
Lei de Henry’s: A solubilidade de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido. Este é o enunciado da lei de Henry, ou seja, no equilíbrio a pressão é igual tanto na fase liquida quanto na fase gasosa. O2 e CO2 sob pressão se dissolvem no sangue.
LEI DOS GASES
Lei de Dalton: a pressão total exercida por uma mistura de gases é a soma das pressões exercidas pelos gases individuais.
A pressão de um único gás em uma mistura é conhecida como sua pressão parcial (Patm x % do gás na atmosfera). Patm: 760mmHg
- Para que ocorra fluxo de ar nos pulmões, é necessário que exista uma diferença de pressão. Ocorre de áreas de maior pressão para áreas de menor pressão. O movimento do tórax durante a respiração, cria nos pulmões condições de pressão alta e baixa alternadas.
Lei de Boyle: (relação volume-pressão): Essa lei diz que quanto maior o volume, menor será o choque das moléculas na parede. Quando o volume do tórax aumenta, a pressão alveolar diminui, e o ar flui para dentro do sistema respiratório. Quando o volume do tórax diminui, a pressão alveolar diminui e o ar flui para a atmosfera. Ou seja, pressão do gás é inversamente proporcional ao volume do alvéolo.
VENTILAÇÃO
O ar movido durante a respiração pode ser dividido em 4 volumes pulmonares:
1. Volume corrente: volume de ar que se move durante uma única inspiração/expiração 
2. Volume de reserva inspiratório: volume adicional inspirado além do volume corrente
3. Volume de reserva expiratório: quantidade de ar expirado após final de uma expiração espontânea
4. Volume residual: volume de ar no sistema respiratório após expiração máxima.
Capacidades Pulmonares: Soma de dois ou mais volumes pulmonares é a capacidade.
A capacidade vital é a soma do volume de reserva inspiratório, expiratório e volume corrente. É a quantidade máxima de ar que pode ser inspirada ou expirada a cada respiração.
A capacidade vital somada à capacidade residual é a capacidade pulmonar total.
Durante a ventilação, o ar flui devido aos gradientes de pressão
A respiração é um processo ativo que requer contração muscular. Os músculos da caixa torácica e o diafragma funcionam como uma bomba porque a maior parte do tecido pulmonar é um fino epitélio de troca. Quando estes músculos se contraem, os pulmões se expandem, uma vez que estão presos à parede interna do tórax pelo liquido pleural. Os músculos primários envolvidos na respiração espontânea são: diafragma, intercostais externos e escaleno.
O fluxo de ar no trato respiratório obedece as mesmas regras do fluxo de sangue:
O fluxo de ar ocorre devido a um gradiente de pressão, e o fluxo diminui a medida que a resistência do sistema ao fluxo aumenta.
A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui: Para o ar mover-se para dentro dos alvéolos, a pressão dentro dos pulmões deve ser mais baixa do que a pressão atmosférica. Durante a inspiração, o volume torácico aumenta quando certos músculos esqueléticos da caixa torácica e o diafragma se contraem. Quando o diafragma (tem forma de cúpula) contrai ele desce em direção ao abdome. Durante a inspiração, os músculos intercostais externos e os escalenos contraem e puxam as costelas para cima e para fora. À medida que o volume torácico aumenta, a pressão diminui, e o ar flui para dentro dos pulmões.
Na breve pausa entre as respirações, a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica. Quando as pressões são iguais não há fluxo de ar. Na inspiração a pressão alveolar diminui para 1mmHg abaixo do valor da Patm (0 a 2 segundos), ao termino da inspiração o volume pulmonar está no seu valor máximo e a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica.
A expiração ocorre quando a pressão alveolar aumenta: Ao final da inspiração, os impulsos dos neurônios motores somáticos para os músculos inspiratórios cessam, e os músculos relaxam. A retração elástica dos pulmões e da caixa torácica leva o diafragma e as costelas para suas porções originais relaxadas (expiração passiva).
Na expiração (2 a 4 segundos), a pressão do ar nos pulmões aumenta; a pressão alveolar é maior que a pressão atmosférica, o fluxo de ar inverte e o ar se move para fora dos pulmões.
Ao final da expiração, o movimento do ar cessa quando a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica. O volume pulmonar alcança seu volume mínimo.
Qualquer doença neuromuscular que enfraqueça os músculos esqueléticos ou lesione seus neurônios motores pode afetar a ventilação. Com a diminuição da ventilação, menos ar “novo” entra nos pulmões. Ex.: miastenia grave e poliomielite.
A pressão intrapleural muda durante a ventilação: a ventilação requer que os pulmões, os quais não podem se contrair ou expandir por conta própria, se movam em associação com a contração e o relaxamento do tórax (devido liquido pleural). 
A pressão intrapleural no liquido que há entre as membranas pleurais normalmente é subatmosférica (negativa, -3mmHg). É a combinação da caixa torácica puxando para fora e a retração elástica dos pulmões puxando para dentro. Após a diminuição do volume da caixa torácica a pressão intrapleural se torna mais negativa, o pulmão retrai, a pressão intrapleural eleva e ocorre a saída de ar. Na inspiração a pressão intrapleural se torna ainda mais negativa, na expiração retorna a -4mmHg. 
Pneumotórax: É o acúmulo anormal de ar entre o pulmão e uma membrana (pleura) que reveste internamente a parede do tórax. Este espaço, que normalmente é virtual, se chama espaço pleural. Acontece quando por exemplo uma faca penetra entre as costelas. 
O ar na cavidade pleural desfaz as interações do liquido que mantem o pulmão aderido à caixa torácica. A parede do tórax se expande enquanto os pulmões elásticos colapsam para um estado não estirado, resultando em um pulmão colabado que é incapaz de funcionar normalmente, levando à dificuldade de respirar, isso porque perde-se a pressão negativa, e o meio externo tem pressão maior. Além disso, quando o pneumotórax é grande, ele pode fazer com que o coração se desloque, levando a alterações nos batimentos do coração e, até, à morte. Para corrigir o pneumotórax remove-se o máximo de ar possível da cavidade pleural com uma bomba de sucção e fecha-se o orifício para impedir que mais ar entre; qualquer ar remanescente é absorvido para o sangue, reinflando o pulmão.
Os fatores que interferem na ventilação são: resistência das vias aéreas, estimulação do neurônio parassimpático e complacência pulmonar.
Complacência: é a habilidade do pulmão de se estirar. Um pulmão com alta complacência estira-se facilmente. Um pulmão com baixa complacência requer mais força dos músculos inspiratórios para ser estirado. 
Fatores que afetam a complacênciapulmonar: tensão superficial do liquido que recobre o alvéolo, a diminuição da complacência por deficiência ou falta do surfactante pulmonar.
Elasticidade: habilidade de retornar à sua posição de repouso após ser estirado. O fato de um pulmão ser estirado facilmente (alta complacência) não necessariamente significa que ele irá retornar ao seu volume de repouso quando a força de estiramento for retirada (elasticidade).
O enfisema é uma doença na qual as fibras de elastina normalmente encontradas no tecido pulmonar são destruídas. A destruição de elastina resulta em pulmões que exibem alta complacência e estiram facilmente durante a inspiração. Porém estes pulmões também apresentam uma elasticidade diminuída, de modo que não retornam à sua posição de repouso durante a expiração.
Uma diminuição na complacência do pulmão afeta a ventilação porque mais trabalho precisa ser realizado para estirar um pulmão rígido. Condições patológicas nas quais a complacência está reduzida são chamadas de doenças pulmonares restritivas, nestas condições, a energia necessária para estirar os pulmões menos complacentes pode exceder muito o trabalho respiratório normal. Ex.: fibrose pulmonar (desenvolvimento de tecido fibroso cicatricial que restringe a insuflação pulmonar).
O surfactante diminui o trabalho respiratório: 
Tensão superficial: propriedade não presente no pulmão cheio com solução salina, que cria a maior parte da resistência ao estiramento. Criada por uma fina camada de liquido localizada entre as células alveolares e o ar.
A tensão superficial alveolar é similar à tensão que existe em uma bolha esférica. A tensão superficial criada pelo fino filme de liquido é direcionada para o centro da bolha e cria pressão no interior da bolha e cria pressão no interior da bolha. A lei de Laplace é uma expressão desta pressão, pressão (dentro da bolha) = 2T (tensão superficial do liquido)/r (raio da bolha).
O liquido que reveste todos os alvéolos gera tensão superficial. Os pulmões secretam um surfactante que reduz a tensão superficial. Surfactantes são moléculas de superfície que rompem a força coesiva entre as moléculas de agua por substituírem a agua de superfície. Nos pulmões, o surfactante diminui a resistência do pulmão ao estiramento. 
A direção do fluxo de gás sem surfactante vai do menor alvéolo para o maior. O menor se contrai.
O surfactante é mais concentrado nos alvéolos menores, tornando sua tensão superficial menor que nos alvéolos maiores. A menor tensão superficial ajuda a igualar a pressão entre os alvéolos menores. O surfactante humano é uma mistura contendo proteínas e fosfolipídios que são secretados dentro do espaço aéreo alveolar por células alveolares tipo II.
Sua síntese inicia na 25ª semana de vida intra-uterina. Bebês que nascem prematuramente, sem a concentração adequada de surfactante em seus alvéolos, desenvolvem a síndrome da angustia respiratória do recém-nascido. Além do endurecimento dos pulmões, esses bebês também possuem alvéolos que colapsam cada vez que eles expiram. A menos que o tratamento seja realizado rapidamente, 50% morrem. Podem ser tratados com surfactante artificial até os pulmões amadurecerem o suficiente para produzirem seu próprio surfactante.
Resistência: contribuída por comprimento do sistema, viscosidade da substancia que flui pelo sistema e o raio dos tubos no sistema. Do mesmo modo que no fluxo no sistema circulatório, a lei de Poiseuille correlaciona estes fatores. Como o comprimento e a viscosidade são quase constantes, o raio das vias aéreas se torna o determinante primário.
Cerca de 90% da resistência das vias aéreas pode ser atribuído à traqueia e aos brônquios (menor área de secção transversal), resistência ao fluxo de ar é constante, contudo, o acumulo de muco pode aumentar bastante a resistência.
A broncoconstrição aumenta a resistência ao fluxo de ar e diminui a quantidade de ar “novo” que alcança os alvéolos.
O CO2 nas vias aéreas é a principal substancia paracrina que afeta o diâmetro bronquiolar. O aumento de CO2 no ar expirado relaxa o musculo liso bronquiolar e causa broncodilataçao.
A histamina é um poderoso broncoconstritor, o que pode dificultar a respiração. Aumenta a resistência, diminui o fluxo de ar, maior dificuldade para respirar.
O controle neural primário dos bronquíolos é feito por neurônios parassimpáticos que causam broncoconstriçao, um reflexo que protege o trato respiratório inferior de irritantes inalados. A Ach aumenta a resistência à passagem de ar. Bloqueador Ach: tropina. Não existe inervação simpática significativa dos bronquíolos. Contudo, o musculo liso dos bronquíolos é bem suprido com receptores β2 que respondem à adrenalina. A estimulação dos receptores β2 relaxa o musculo liso das vias aéreas e resulta em broncodilatação; aumenta o diâmetro, resistência é menor, maior fluxo.
	FATORES QUE AFETAM A RESISTENCIA DAS VIAS AEREAS
	FATOR
	AFETADO POR
	MEDIADO POR
	Comprimento do sistema
	Constante; não é um fator
	
	Viscosidade do ar
	Constante; umidade e altitude podem alterar levemente
	
	Diâmetro das vias aéreas
	
	
	Vias aéreas superiores
	Obstrução física
	Muco e outros fatores
	Bronquíolos
	Broncoconstrição
	Neurônios parassimp. (musc), hist. e LT
	Broncodilatação
	CO2, adrenalina (receptor β2)
A frequência e a amplitude respiratória determinam a eficiência da respiração. A ventilação pulmonar total é igual a frequência ventilatória vezes o volume corrente.
Uma parte do ar que entra no sistema respiratório não alcança os alvéolos porque 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 conhecidas como espaço morto anatômico.
Ventilação alveolar é a quantidade de ar novo que alcança os alvéolos a cada minuto.
À medida que a ventilação alveolar aumenta durante a hiperventilaçao a Po2 alveolar aumenta e a Pco2 diminui. Na hipoventilação é o inverso.
TROCAS E TRANSPORTE DE GASES
Difusão e solubilidade dos gases
A difusão simples do oxigênio e do CO2 através das camadas de células obedece às regras da difusão simples através de uma membrana.
Se considerarmos que a permeabilidade da membrana é constante, então três fatores influenciam a difusão nos pulmões:
1. Área de superfície: taxa de difusão diretamente proporcional à área de superfície
2. Gradiente de concentração: também é diretamente proporcional
3. Espessura da membrana: Inversamente proporcional
A distancia de difusão é mais rápida em curtas distancias. 
O fator mais importante para a troca de gases é o gradiente de concentração.
O gás dissolvido depende da pressão, da solubilidade e da temperatura
Quando um gás é colocado em contato com a agua e existe um gradiente de pressão, as moléculas do gás se movem de uma fase para outra. Se a pressão do gás é maior na agua que na fase gasosa, então as moléculas do gás deixam a agua.
A facilidade com a qual o gás se dissolve em um liquido é a solubilidade do gás neste líquido. Se um gás é muito solúvel, um grande numero de moléculas do gás entra na solução a uma baixa pressão parcial do gás. O CO2 é 20 vezes mais solúvel que o oxigênio.
Troca de gases nos pulmões e nos tecidos
A lei dos gases estabelece que os gases individuais fluem de regiões de pressão parcial mais alta para regiões de pressão parcial mais baixa. Estas regras determinam a difusão de oxigênio e CO2 nos pulmões e nos tecidos.
PO2 alveolar normal é 100mmHg ( aproximadamente 104mmHg).
PO2 do sangue venoso sistêmico que chega aos pulmões é 40mmHg.
O oxigênio portanto se move a favor do seu gradiente de pressão parcial, dos alvéolos para os capilares. A difusão atinge o equilíbrio.
PO2 do sangue arterial que deixa os pulmões é a mesma que nos alvéolos: 100mmHg.
Quando o sangue arterial alcança os capilares teciduais, o gradiente é invertido. 
Nas células de uma pessoa em repouso, a PO2 intracelular é 40mmHg.
O sangue arterial chega nascélulas com uma PO2 de 100mmHg. Como a PO2 é menor nas células, o oxigênio se difunde a favor do seu gradiente de concentração parcial do plasma para as células. A difusão então atinge o equilíbrio, o sangue venoso tem a mesma PO2 que as células.
A PCO2 é maior nos tecidos que no sangue capilar sistêmico devido à produção de CO2 durante o metabolismo. Em repouso a PCO2 celular é 46mmHg e a arterial no plasma é 40mmHg; o gradiente faz o CO2 difundir-se das células para os capilares. A difusão atinge o equilíbrio, e o sangue venoso sistêmico tem uma PCO2 de 46mmHg.
Nos capilares pulmonares é inverso. O sangue venoso que traz o CO2 residual das células tem uma PCO2 de 46mmHg. A PCO2 alveolar é de 40mmHg. Como a PCO2 é maior no plasma, o CO2 move-se dos capilares para os alvéolos. Quando o sangue deixa os alvéolos ele tem uma PCO2 de 40mmHg, idêntica à PCO2 nos alvéolos.
Obs.: A pressão da agua é 47mmHg.
A pressão intrapulmonar varia de 0 a 760mmHg. Durante a inspiração a pressão reduz, e ao fim, retorna a 0. Durante a expiração, a pressão aumenta, e ao fim, retorna à 0.
	VALORES SANGUINEOS NORMAIS PULMONAR
	
	ARTERIAL
	VENOSO
	PO2
	95mmHg (85-100)
	40mmHg
	PCO2
	40mmHg (35-45)
	46mmHg
	pH
	7,4 (7,38 – 7,42)
	7,37
Hipoxia: ocorre quando a difusão de gases entre os alvéolos e o sangue é reduzida. É um estado de muito pouco oxigênio. A hipóxia frequentemente é acompanhada de hipercapnia, que significa concentração elevada de CO2. Essas duas condições são sinais clínicos, não doença.
Três problemas resultam em baixo conteúdo arterial de oxigênio:
1. Quantidade inadequada de oxigênio que chega aos alvéolos
2. Problemas com a troca de oxigênio entre os alvéolos e os capilares pulmonares
3. Transporte inadequado de oxigênio no sangue
Uma PO2 alveolar menor diminui a captação de oxigênio
Uma diminuição na PO2 alveolar resulta em menos oxigênio entrando no sangue. 
Duas causas possíveis para a baixa PO2 alveolar:
- ar inspirado possui conteúdo de oxigênio anormalmente baixo
- a ventilação alveolar é inadequada
O principal fator que afeta o conteúdo de ar inspirado é a altitude. A pressão parcial de oxigênio no ar diminui junto com a pressão atmosférica total quando se move no nível do mar para altitudes maiores.
Se a PO2 alveolar é baixa, mas a composição do ar inspirado é normal, então o problema é na ventilação alveolar. A baixa ventilação, ou hipoventilação, é o volume abaixo do normal de ar “novo” que entra nos alvéolos. Fatores patológicos que causa hipoventilação incluem diminuição da complacência pulmonar (fibrose), aumento da resistência das vias aéreas (asma), overdose de drogas (álcool) que deprimem o SNC e diminuem a amplitude e frequência ventilatórias.
Mudanças na membrana alveolar alteram as trocas gasosas
A transferência de oxigênio dos alvéolos para o sangue requer a difusão através da barreira criada pelas células alveolares tipo I e pelo endotélio capilar.
As mudanças que afetam as trocas gasosas incluem:
- redução na área de superfície alveolar disponível para a troca gasosa
- aumento na espessura da membrana alveolar
- aumento na distancia de difusão entre o espaço aéreo dos alvéolos e o sangue
Pulmão normal: distancia de difusão pequena, troca de gases é rápida, fluxo de sangue pelos capilares pulmonares é lento e a difusão alcança o equilíbrio em menos de um segundo.
Enfisema: destruição dos alvéolos reduz a área de superfície para a troca de gases. Causada principalmente pela fumaça do cigarro, que ativa macrófagos alveolares os quais liberam enzimas que destroem fibras elásticas e induzem apoptose das células. O resultado é alta complacência ou baixa retração elástica pulmonar.
Doença fibrótica do pulmão: o espessamento da membrana alveolar reduz a velocidade de difusão dos gases. A perda da complacência pulmonar pode diminuir a ventilação alveolar.
Edema pulmonar: o liquido no espaço intersticial aumenta a distancia de difusão. A PCO2 arterial pode ser normal devido a solubilidade mais alta do CO2 na agua.
Asma: o aumento da resistência das vias aéreas diminui a ventilação alveolar. Ocorre constrição dos bronquíolos.
Normalmente, o interior dos alvéolos é uma superfície úmida revestida por surfactante, mas com a invasão de liquido no alvéolo esse surfactante torna-se mais espesso e prejudica a troca de gases. Se a hipóxia devido a essa condição for grave, e não puder ser corrigida com oxigenioterapia, chamamos de síndrome da angustia respiratória do adulto ou SARA.
Transporte de gases no sangue
O oxigênio é transportado de duas maneiras no sangue: dissolvido no plasma e ligado à Hb. 
A Hb, a proteína ligadora de oxigênio nas hemácias, liga-se reversivelmente ao oxigênio.
Nos capilares pulmonares, onde a PO2 plasmática aumenta à medida que o oxigênio se difunde a partir dos alvéolos, a Hb liga-se ao oxigênio. Nas células, onde o O2 está sendo usado e a Po2 do plasma cai, a Hb libera seu oxigênio. Como o oxigênio é pouco solúvel, precisamos de muita Hb para sobreviver.
Mais de 98% do oxigênio do sangue estão ligados à Hb e são transportados dentro dos eritrócitos. O restante fica dissolvido no plasma.
A quantidade de oxigênio que se liga à Hb depende de dois fatores:
- da Po2 no plasma ao redor do eritrócito
- do numero de potenciais sítios de ligação disponíveis nos eritrócitos
O numero total de sítios de ligação ao oxigênio depende do numero de moléculas de Hb nos eritrócitos. Este numero pode ser estimado pela contagem de eritrócitos. Nos casos de hemorragia, transfusão de sangue é a reposição ideal.
A Hb é um eficiente transportador de oxigênio devido a sua estrutura molecular. É uma proteína grande, possui 4 cadeias de proteínas globulares, cada uma enrolada ao redor de um grupo heme que contém ferro. O átomo de ferro central de cada grupo heme por ligar-se reversivelmente com uma molécula de oxigênio. Cada molécula de Hb liga-se então a 4 moléculas de oxigênio. Essa interação ferro-oxigênio é uma ligação fraca que pode ser facilmente rompida sem alterar a Hb ou o oxigênio.
A cadeia da globina existe em várias formas, as mais comuns são α, β, γ, σ. O feto humano possui uma isoforma diferente de Hb que é adaptada para atrair o oxigênio do sangue materno na placenta. Logo após o nascimento, a Hb fetal é substituída pela forma adulta à medida que os eritrócitos são produzidos.
Obs.: mesmo em grandes alturas o O2 ainda é capaz de se ligar à Hb.
A ligação oxigênio-hemoglobina obedece à lei das massas: se a concentração de oxigênio aumenta, a reação Hb + O2 ↔ HbO2 se desloca para a direita e mais oxigênio se liga à Hb. Se a concentração de oxigênio diminui, a reação se desloca para a esquerda e a Hb libera alguns dos seus oxigênios ligados.
Devido à lei de ação das massas, a quantidade de oxigênio ligada à Hb depende primariamente da Po2 do plasma. Nos capilares pulmonares o O2 dissolvido no plasma difunde-se para dentro dos eritrócitos, onde se liga à Hb. Esse processo remove o O2 dissolvido no plasma, fazendo com que mais oxigênio se difunda dos alvéolos para o plasma. A transferência do oxigênio do ar alveolar para o plasma, para os eritrócitos e para a Hb ocorre tão rapidamente que o sangue nos capilares pulmonares capta tanto oxigênio quando a PO2 do plasma.
Uma vez que o sangue arterial alcance os tecidos, o processo de troca que acontece nos pulmões inverte. O O2 dissolvido se difunde para fora dos capilares sistêmicos e para as células, ocorre decréscimo da PO2 do plasma e a reação se desloca para a esquerda, as moléculas de Hb então liberam o oxigênio.
Conforme as células aumentam sua atividade metabólica, sua PO2 diminui e a Hb libera mais O2 para elas.
A quantidade de oxigênio ligada à Hb em uma dada PO2 é expressa como uma porcentagem, a porcentagem de saturação da Hb, que refere-se à porcentagem dos sítios de ligação disponíveis que estão ligados ao oxigênio. Se todos os sítios de ligação das Hb estão ocupados por moléculas de oxigênio, significa que o sangue está 100%oxigenado, ou saturado com oxigênio.
As curvas de dissociação da HbO2 (oxiemoglobina) reflete as propriedades da molécula de Hb e sua afinidade pelo O2. À medida que o sangue passa pelos pulmões sob condições normais, a Hb capta quase a quantidade máxima de oxigênio que ela pode transportar. 
A Hb não é 100% saturada até a PO2 alcançar 650mmHg, o que é anormal (muito alta).
Qual o significado fisiológico da forma da curva de dissociação?
No sangue que deixa os capilares sistêmicos com uma PO2 de 40mmHg, a Hb ainda está 75% saturada, o que significa que ela liberou nas células apenas ¼ do oxigênio que é capaz de carregar. O oxigênio que permanece ligado serve como um reservatório que as células podem utilizar se o metabolismo aumentar. Quando os tecidos utilizam o oxigênio adicional, sua PO2 celular diminui, e é liberado oxigênio adicional pela Hb nas células.
Em repouso, a Hb está ligada 75% ao O2. Em atividade física a célula consome oxigênio, a PO2 diminui e a saturação Hb-O2 também (35%).
Vários fatores afetam a ligação oxigênio-Hb
Mudanças fisiológicas no pH do plasma, na Pco2 e na temperatura alteram a afinidade da ligação ao oxigênio da Hb. Mudanças na afinidade da ligação são refletidas por mudanças na forma da curva de dissociação da HbO2.
O aumento da temperatura, o aumento da Pco2 ou a diminuição do pH diminuem a afinidade da Hb pelo oxigênio e deslocam a curva de dissociação oxigênio-Hb para a direita.
Quando estes fatores mudam na direção oposta, a afinidade da ligação aumenta e a curva se desloca para a esquerda.
Quando o corpo sofre alterações no pH do sangue, no caso do metabolismo anaeróbio, a fibra muscular em exercício produz acido láctico, o qual por sua vez libera H+ no citoplasma e no liquido extracelular, à medida que H+ aumenta, pH diminui, curva desloca para a direita. Mais oxigênio é liberado para os tecidos à medida que o sangue se torna mais acido (Efeito Bohr).
No exercício, além disso, o musculo libera CO2, liberando mais H+ no sangue dos capilares pulmonares. A temperatura do musculo também pode aumentar a liberação de O2.
Um fator adicional que afeta a ligação oxigênio-Hb é o 2,3-DPG, um composto sintetizado a partir de um intermediário da via da glicólise. A hipóxia crônica desencadeia um aumento na produção de 2,3-DPG nos eritrócitos. Níveis aumentados de 2,3-DPG diminuem a afinidade de ligação da Hb e deslocam a curva para a direita. Subir a uma grande altitude e anemia aumentam a produção de 2,3-DPG.
O dióxido de carbono é transportado de três maneiras
O CO2 é mais solúvel nos líquidos corporais que o oxigênio, mas as células produzem muito mais CO2 do que pode dissolver-se no plasma. Apenas cerca de 7% transportado pelo sangue venoso é dissolvido no sangue, o restante difunde-se para os eritrócitos, onde 70% são convertidos no íon bicarbonato e 23% ligam-se à Hb (Hb-CO2).
Por que a remoção de CO2 do corpo é tão importante?
Porque uma PCO2 elevada causa uma alteração de pH, a acidose. Extremos de pH interferem com as ligações de hidrogênio das moléculas e podem desnaturar proteínas. Níveis de PCO2 anormalmente alto também deprimem o SNC, causando confusão, como, e até morte. Por isso, o CO2 é potencialmente tóxico que precisa ser removido pelos pulmões.
A conversão de CO2 a íon bicarbonato serve para: fornecer um meio adicional pelo qual o CO2 pode ser transportado das células para os pulmões, e o íon bicarbonato fica disponível para atuar como tampão para ácidos metabólicos, ajudando assim a estabilizar o pH do organismo.
Essa conversão é rápida e depende da presença da anidrase carbônica (enzima encontrada concentrada nos eritrócitos). O CO2 dissolvido no plasma difunde-se para dentro dos eritrócitos, onde pode reagir com agua na presença de anidrase carbônica formando acido carbônico, o qual se dissocia em íon hidrogênio e íon bicarbonato. Existem dois mecanismos que removem o H+ e o HCO3- livres. No primeiro, o bicarbonato deixa o eritrócito por uma proteína de antiporte, no qual um íon bicarbonato é trocado por um íon Cl-. A transferência do íon bicarbonato para o plasma torna este tampão disponível para modelar as mudanças de pH; é o tampão extracelular mais importante.
O segundo mecanismo remove o H+ livre do citoplasma dos eritrócitos. A Hb dentro do eritrócito atua como um tampão e liga o íon hidrogênio na reação. O tamponamento do H+ pela Hb impede grandes mudanças no pH.
- acidose respiratória: causada quando a pco2 do sangue está acima do normal, a Hb não pode tamponar todo o H+ produzido, então o excesso de H+ se acumula no plasma.
Nas células, quando o oxigênio deixa seu sitio de ligação na molécula de Hb, o CO2 liga-se com a Hb livre nos grupos aminos expostos, formando carbaminoemoglobina.
Remoção de CO2 nos pulmões
Quando o sangue venoso chega nos pulmões, a pco2 é menor que a dos sangue venoso nos capilares pulmonares, então o CO2 difunde-se do plasma e vai para dentro dos alvéolos, e a pco2 no plasma começa a cair, o que permite que o CO2 dissolvido se difunda para fora dos eritrócitos, produzindo mais CO2.
A remoção de CO2 faz com que o H+ deixe a molécula de Hb, e o cloreto se desloca no sentido inverso (retorna para o plasma na troca por bicarbonato, que se move de volta para dentro dos eritrócitos). O HCO3- e o H+ recém-liberado formam novamente acido carbônico, o que é convertido em agua e CO2. Este CO2 está livre para difundir-se dos eritrócitos e para os alvéolos.
Nos alvéolos o O2 se difunde do alvéolo para o plasma e do plasma para os eritrócitos.
Nas células, o O2 se difunde do plasma para as células.
Intoxicação por CO
O CO se liga 50% na Hb, sobrando apenas 50% para o O2 se ligar. Para reverter a intoxicação pode-se aumentar para 95% o O2, sobrando 5% para o CO (aumenta frequência respiratória).
Regulação da ventilação
A respiração é um processo rítmico que normalmente ocorre sem o pensamento consciente.
No sistema respiratório, a contração do diafragma e de outros músculos é iniciada por uma rede de neurônios do tronco encefálico que disparam espontaneamente. Interações sinápticas complicadas entre os neurônios da rede criam os ciclos rítmicos de inspiração e expiração, influenciados continuamente por sinais sensoriais, especialmente os provenientes dos quimiorreceptores sensíveis a CO2, O2 e pH. 
A rede de neurônios do tronco encefálico que controla a respiração se comporta como um gerador central de padrão, com atividade rítmica intrínseca que provavelmente é originada em neurônio marca-passo que possuem potenciais de membrana instáveis.
Modelo contemporâneo da ventilação estabelece que:
- os neurônios respiratórios do bulbo controlam músculos inspiratórios e expiratórios.
- os neurônios da ponte integram informações sensoriais e interagem com neurônios bulbares para influenciar a ventilação
- o padrão rítmico da respiração é gerado a partir de uma rede de neurônios que disparam espontaneamente
- a ventilação está sujeita à modulação continua por vários reflexos associados a quimiorreceptores e mecanorreceptores e por centros encefálicos superiores
Neurônios do bulbo controlam a respiração
Os neurônios respiratórios estão concentrados bilateralmente em duas áreas do bulbo. O núcleo do trato solitário contem o grupo respiratório dorsal de neurônios que controlam via nervo frêico principalmente os músculos da inspiração (diafragma e músculos intercostais).
Os grupos respiratórios pontinhos (centro pneumotáxico) enviam sinais tônicos para as redes bulbares para ajudar a coordenar um ritmo respiratório uniforme. Sua função principal é a de limitar a inspiração, e tem como ação secundaria a de aumentar a frequência respiratória.
O grupo respiratório ventral do bulbo tem múltiplas funções. Fibras nervosas originadas no GRV inervam músculos da laringe, faringe, e língua para manter vias aéreas superiores abertas durante a respiração. O relaxamento inapropriados destes músculos durante o sono contribui para a apneia obstrutiva do sono.
Durante a respiração espontâneaem repouso, um marcapasso inicia a cada ciclo, e os neurônios inspiratórios aumentam gradualmente a estimulação dos músculos inspiratórios. Este aumento muitas vezes é chamado de rampa. O disparo destes neurônios recruta outros neurônios inspiratórios em uma nítida alça de retroalimentação positiva. Ao final da inspiração, os neurônios inspiratórios param de disparar e os músculos inspiratórios relaxam. Durante os próximos poucos segundos ocorre a expiração passiva devido retração elástica dos músculos inspiratórios e do tecido elástico dos pulmões.
Muitos neurônios expiratórios do GRV funcionam principalmente durante a respiração forçada e durante a expiração ativa.
Os neurônios inspiratórios são inibidos durante a expiração ativa.
O dióxido de carbono, o oxigênio e o pH influenciam a ventilação
A entrada sensorial proveniente dos quimiorreceptores centrais e periféricos modifica a ritmicidade da rede de controle para ajudar a manter a homeostase dos gases sanguíneos. O CO2 é o principal estimulo para as mudanças na ventilação.
Os quimiorreceptores sensíveis ao oxigênio e ao dióxido de carbono estão estrategicamente associados com a circulação arterial. Se muito pouco oxigênio estiver presente no sangue arterial destinado para o encéfalo e para outros tecidos, a frequência e a amplitude da respiração aumentam. Se a taxa de produção de CO2 pelas células excede a taxa de remoção pelos pulmões, a Pco2 arterial aumenta e a ventilação também. Esses reflexos homeostáticos mantem a Pco2 e a Po2 arteriais dentro de uma faixa estreita.
Quimiorreceptores periféricos
Localizados nas artérias carótida e aorta, detectam as mudanças na Po2, no pH e na Pco2 do plasma. Os corpos ou glomos aórticos e para-aórticos estão localizados próximos dos barorreceptores envolvidos no controle reflexo da pressão sanguínea. 
Quando as células glomais localizadas nos glomos caroticos e para-aorticos são ativadas por uma diminuição na Po2 ou no pH ou por um aumento na Pco2, elas desencadeiam um reflexo que aumenta a ventilação. A Po2 arterial precisa diminuir para menos de 60mmHg antes da ventilação ser estimulada. Além disso, qualquer condição que reduz o pH do plasma ou aumenta a Pco2 ativará as células glomais na aorta e na carótida e aumentará a ventilação.
O mecanismo básico pelo qual estes quimiorreceptores respondem à baixa quantidade de oxigênio é similar ao mecanismo de liberação da insulina pelas células β pancreáticas.
Quando Po2 do vaso sanguíneo esta baixa, os canais de potássio na célula glomal de fecham, a célula despolariza, o canal de calcio controlado por voltagem se abre e o calcio entra na célula, causando a exocitose do neurotransmissor sobre o neurônio sensorial. Os NT iniciam PA nos neurônios sensoriais que vão às redes respiratórias do tronco encefálico, sinalizando para aumentar a ventilação.
Como os quimiorreceptores periféricos respondem apenas a grandes mudanças na Po2 arterial, as concentrações de oxigênio arterial não desempenham um papel importante na regulação diária da ventilação.
Quimiorreceptores centrais
Localizados no encéfalo, respondem às mudanças na concentração de CO2 no liquido cerebrospinal. Estes receptores centrais estão localizados na superfície ventral do bulbo, próximo aos neurônios envolvidos no controle respiratório.
Estes receptores ajustam o ritmo respiratório, fornecendo um sinal de entrada continuo para a rede de controle. Quando a PCO2 arterial aumenta, o CO2 cruza a BHE e ativa os quimiorreceptores centrais. Estes receptores sinalizam para a rede de controle aumentar aumentar a frequência e a amplitude da ventilação, aumentando a ventilação alveolar e removendo o CO2 do sangue.
Embora os quimiorreceptores centrais monitorem o CO2, eles na verdade respondem a mudanças no pH do LEC. O CO2 que se difunde através da BHE para dentro do LCE é convertido em bicarbonato e H+.
O H+ produzido por esta reação pode ser o responsável por iniciar o reflexo quimiorreceptor, mais do que o nível aumentado de CO2.
O pH do plasma em geral não influencia diretamente os quimiorreceptores centrais (H+ do plasma cruza BHE muito lentamente).
Quando a PCO2 do plasma aumenta, os quimiorreceptores inicialmente respondem intensamente aumentando a ventilação. Porem, se a PCO2 permanecer elevada a ventilação diminui novamente para a frequência normal.
Em doenças pulmonares crônicas, a resposta dos quimiorreceptores periféricos à baixa PO2 arterial permanece intacta, embora os quimiorreceptores centrais se adapte à PCO2 alta.
Em algumas situações, a PO2 baixa torna-se o estimulo químico principal para a ventilação. Na doença pulmonar crônica grave, por exemplo, a PCO2 arterial é elevada ao passo que a PO2 é baixa. A maior parte dos estímulos químicos à ventilação vem da PO2 baixa, detectada pelos quimiorreceptores aórtico e para-aórticos. 
Os quimiorreceptores centrais respondem à PCO2. Se a PCO2 cai, como na hiperventilaçao, a PCO2 no plasma e no liquido cerebrospinal também diminuem. Consequentemente, a atividade dos quimiorreceptores centrais diminui, e a rede de controle diminui a frequência da ventilação. Quando a ventilação diminui, O CO2 começa a acumular-se nos alvéolos e no plasma. Finalmente, a PCO2 arterial aumenta e os receptores disparam, assim, a rede de controle aumenta novamente a ventilação.
Reflexos protetores dos pulmões
Reflexos protetores que respondem a danos físicos ou irritação do trato respiratório e à hiperinsuflação dos pulmões.
O principal reflexo protetor é a broncoconstrição, mediada por neurônios parassimpáticos que inervam o musculo liso bronquiolar. Particulas inaladas ou gases nocivos estimulam os receptores de irritação na mucosa das vias aéreas que enviam sinais por meio de neurônios sensoriais para o SNC que provoca a broncoconstrição. A resposta protetora reflexa também inclui tosse e espirro.
- Reflexo de insuflação de Hering-Breuer : descrito em cães anestesiados. Se o volume corrente excede um certo volume, os receptores de estiramento nos pulmões sinalizam para o tronco encefálico terminar a inspiração. Estudos realizados em bebes sugerem que esse reflexo pode ter um papel na limitação dos seus volumes ventilatórios.
Existem dois tipos de distúrbios acido-básicos: dois respiratórios e dois metabólicos. 
Ph abaixo de 7,4 é uma acidose do tipo respiratória quando a PCO2 esta acima de 40 mmHg pelo uso de anestésicos, lesão do SNC, obstrução de vias aéreas superiores, edema pulmonar, fumo (DPOC).
Quando o PH esta acima de 7,4 ocorre a alcalose do tipo respiratória, a PCO2 fica abaixo de 40 mmHg em decorrência de hiperventilação, septicemia, envenenamento por salicilatos, distúrbios neurológicos, hipoxemia. 
Os centros superiores do encéfalo afetam os padrões de ventilação
Os centros superiores no hipotálamo e no cérebro podem alterar a atividade da rede de controle no tronco encefálico, mudar a frequência e a amplitude da ventilação. Entretanto, os centros superiores de controle encefálico não são necessários para a ventilação.
A respiração também pode ser afetada por partes do sistema límbico.