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Sistema Respiratório Obje1vos da respiração: • Prover oxigênio aos tecidos • Remover o dióxido de carbono Ven6lação pulmonar Difusão de gases entre alvéolos e o sangue Transporte dos gases no sangue e trocas celulares Regulação e controle da respiração Anatomia do Sistema Respiratório Trato Respiratório Superior Trato Respiratório Inferior Cavidade Nasal 1. Aquecer 2. Umidificar 3. Filtrar v Funções respiratórias: Função de condicionamento do ar das vias respiratórias superiores Filtração de parAculas Pêlos Secreção de muco Movimentação dos cílios Precipitação turbulenta – 6µm ParQculas de cigarro 0,3µm Precipitação alveolar Qual a função do Sistema Respiratório? Promover a troca gasosa, fornecendo oxigênio para o tecido e removendo o gás carbônico resultante do metabolismo celular. Funções do Sistema Respiratório Pulmões § Manter o pH plasmá6co; § Equilíbrio térmico; § Fonação; § Filtração – Circulação; § Defesa contra agentes infecciosos; § Produção e metabolização de substâncias vasoa6vas; Funções do Sistema Respiratório Pulmões § Super\cie pulmonar: 70 a 100m2; § Maior área de contato do organismo com o meio; § 480 milhões de alvéolos pulmonares; § Peso: 900 a 1000 gramas; § 40 a 50% cons6tuído de sangue; § Expiração: 2,5L; § Inspiração máxima: 6L; Unidade Alvéolo -‐ Capilar Principal sí6o de trocas gasosas Propriedades Jsico-‐químicas dos gases Ar ambiente: • O2 – 20,93% • CO2 – 0,04% • N2: 79,03% • Vapor de água Pressão Parcial LEI DE DALTON Patm = PO2 + PCO2 + PN2 = 760mmHg Pressão Parcial e Al1tude 760 mmHg 462 mmHg 231 mmHg Pressão de oxigênio e gás carbônico Ar alveolar O2 CO2 Vapor de água Propriedades \sico-‐químicas dos gases Lei de Henry A quan6dade de gás dissolvido em um líquido, a uma dada temperatura, é igual ao produto da pressão parcial desse gás por um coeficiente de solubilidade. Difusão Alta pressão Baixa pressão Difusão pelos tecidos Lei de Fick Velocidade de difusão área do tecido gradiente de pressão parcial espessura do tecido Difusão dos gases no pulmão § Área pulmonar : 75 a 100 m2 § Espessura: 0,5µm § Velocidade de transferência: (constante de difusão) à Solubilidade x Peso § Exemplo: CO2 se difunde cerca de 20 vezes mais rapidamente do que o O2 pelos tecidos, devido à enorme solubilidade nos tecidos orgânicos. Favorável à difusão Difusão -‐ Barreira Alvéolo-‐Capilar; -‐ Tempo de permanência: 0,75s -‐ Modificações da hemácia: aumento ou redução na difusão; Fatores que afetam a difusão § Alteração na área de super\cie alveolar; § Propriedades \sicas das membranas; § Oferta de gases; • Aumento da difusão • Alvéolos ven6lados e perfundidos Papel do fluxo sanguíneo pulmonar nas trocas gasosas Ø Condições para trocas gasosas adequadas: § Ven6lação Alveolar § Difusão dos Gases (Condições morfológicas adequadas) § Fluxo de Sangue (Perfusão) Mecânica da Ventilação Pulmonar • Fatores de contração e expansão pulmonar: 1. Movimentos de subida e descida do diafragma para aumentar ou diminuir a cavidade torácica; 2. Elevação e depressão das costelas para aumentar e diminuir o diâmetro ântero-posterior da cavidade torácica. Mecânica da Ventilação Pulmonar Músculos respiratórios Músculos da inspiração: elevam a caixa torácica. Músculos da expiração: comprimem a caixa torácica. Músculos da inspiração • Intercostais externos • Esternocleidomastóideos - esterno • Serráteis anteriores – costelas • Escalenos – duas primeiras costelas Músculos da expiração • Reto abdominal (conjunto com mm. abdominais) • Intercostais internos Movimento do ar para dentro e fora dos pulmões • Estrutura elástica; • Flutuação na cavidade torácica; • Líquido pleural: movimento pulmonar; • Deslizamento: expansão e contração; Complacência pulmonar • Capacidade de se expandir Curvas de complacência inspiratória e expiratória 1. Força elástica do tecido pulmonar • Determinadas pelas fibras de elastina e colágeno Pulmão vazio Fibras contraídas e dobradas Pulmão expandido Fibras esticadas e desdobradas 2. Força elástica causada pela tensão superficial Efeito físico que ocorre na camada superficial de um líquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. Princípios da tensão superficial • Forte atração das moléculas de água (interface água-ar). • Firme membrana contrátil constituídas de moléculas de água ao redor de toda superfície da gota. Brônquios e Bronquíolos Força elástica de tensão superficial Surfactante: células epiteliais alveolares tipo II Síndrome da angústia respiratória do recém-nascido • Surfactante: Diminui a tensão superficial na interface ar- líquido e mantém a estabilidade alveolar, impedindo seu colapso. • Produção insuficiente ou inativação do surfactante pulmonar; • Má adaptação da vida extra-uterina; • Colabamento alveolar; • Diminuição da complacência pulmonar; Efeito da Caixa Torácica na Expansibilidade do Pulmão • Complacência torácica; • Características elásticas e viscosas; • Esforço muscular: expansão da caixa torácica; “Para inflar o sistema pulmonar é preciso quase duas vezes a mesma quantidade de pressão necessária para inflar os mesmos pulmões após a remoção da caixa torácica” Volumes pulmonares • Volume corrente: volume de ar inspirado ou expirado em cada respiração normal (500 mililitros). • Volumeresidual: volume de ar que fica nos pulmões após a expiração mais forçada (1200 mililitros). • Volume de reserva inspiratório: volume extra de ar que pode ser inspirado acima do volume corrente normal quando uma pessoa inspira com força total (3000 mililitros). • Volume de reserva expiratório: máximo volume extra de ar que pode ser expirado numa expiração forçada (1100 mililitros). Capacidades pulmonares • Capacidade inspiratória: é igual ao volume corrente mais o volume de reserva inspiratório (3500 mililitros). • Capacidade residual funcional: é igual ao volume de reserva expiratório mais o volume residual (2300 mililitros). • Capacidade vital: é igual ao volume de reserva inspiratório mais o volume corrente mais o volume de reserva expiratório (4600 mililitros). • Capacidade pulmonar: é igual à capacidade vital mais o volume residual (5800 mililitros). As capacidades pulmonares são a combinação de vários volumes pulmonares Transporte de Gases Difusão do oxigênio e do gás carbônico " Diferença de pressão parcial Os gases se difundem de áreas de pressão parcial mais elevada para áreas de pressão parcial mais baixa Fatores que determinam a intensidade da difusão " Diferença de pressão parcial; " Área da membrana respiratória; " Espessura da membrana; " Solubilidade do gás na membrana respiratória: pressão parcial; Hemoglobina " Molécula com peso molecular 68kDa " Grupamento heme (Fe2+ + porfirina) " Globina: cadeia α e β " Ligação a quatro moléculas de oxigênio " Complexo vermelho = O2, Fe2+ e porfirina Hemoglobina: ligação com o oxigênio " Átomo de ferro no estado ferroso: Fe2+ " Fe2+ à Fe3+ à metemoglobina (metHb) " Espontaneamente ou nitritos/sulfonamidas Incapaz de ligar-se ao oxigênio " Enzima metemoglobina redutase: MetHb à Hb Deficiência genética da enzima: hipóxia do tecido Transporte de oxigênio pela hemoglobina " Estrutura quartenária determina sua afinidade pelo oxigênio; " Aproximação e afastamento das cadeias β " Alteração na posição do grupo heme - Relaxado: favorável - Tenso: desfavorável Transporte de oxigênio pela hemoglobina " A fração de hemoglobina na forma de oxi- hemoglobina é expressa como a porcentagem de saturação de hemoglobina: Porcentagem de saturação = Quantidade de oxigênio ligada à Hb x 100 / Quantidade máxima possível de ligação do oxigênio à Hb " Ex.: 50% na forma de oxi-hemoglobina Metade da hemoglobina disponível no sangue está realmente transportando oxigênio, o restante permanece “desoxigenado”. Transporte de oxigênio pela hemoglobina " A hemoglobina aumenta a capacidade do sangue em carrear oxigênio: 65 a 70 vezes " Capilares dos tecidos: dissociação da hemoglobina e difusão para as células " Homem: 15 a 16g – 100mL " Mulher: 14g – 100mL Menor capacidade aeróbica das mulheres A maior parte do O2 é transportada pela hemoglobina como oxi-‐ hemoglobina (Hb-‐O2) nos eritrócitos; a maior parte do CO2 é transportada no plasma sanguíneo como íons bicarbonato (HCO3–) Transporte global de oxigênio dos alvéolos para as células teciduais 1. Difusão do oxigênio dos alvéolos pra o sangue pulmonar; 2. Transporte do O2 no sangue pelas artérias até os capilares teciduais; 3. Difusão do oxigênio dos capilares para as células teciduais. " Dissolvido no plasma à 1,5% - 3mL " Glóbulos vermelhos à 98,5% - 197mL Transporte de oxigênio pela hemoglobina Hemoglobina como tampão de oxigênio nos tecidos " Função celular normal: concentração de todas as substâncias devem permanecer constantes " Função da hemoglobina: Manter a pressão do oxigênio nos tecidos em torno de 20 a 45mmHg Fluxo de sangue nos capilares teciduais: 27% do oxigênio é perdido pela hemoglobina – 70% de saturação 5 mL O2 normal ⟶ 15 a 18 mL em exercício intenso Efeito da PO2 sanguínea sobre a quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina em cada 100 mililitros de sangue A hemoglobina nos eritrócitos transporta O2, CO2 e H+ Mecanismo básico de transporte de oxigênio " Ligação frouxa e reversível ↑ Pressão ↓ Pressão Conforme a temperatura aumenta, a afinidade da hemoglobina ao O2 diminui Acidez " Dissociação da hemoglobina " Desvio da curva para direita " Diminuição da afinidade do oxigênio Conformação da molécula de hemoglobina Diminuição da afinidade ao oxigênio [H+] afinidade da Hb pelo O2 Conforme o pH diminui ou a PCO2 aumenta, a afinidade da hemoglobina pelo O2 diminui, de modo que menos O2 se combina à hemoglobina e mais O2 está disponível para os tecidos Dióxido de Carbono " Aumento de PCO2 " Dióxido de carbono se combina com aminoácidos da hemoglobina (Hb-NH-COO-) Grupo carbamino " Liberação do oxigênio da hemoglobina – Tecidos periféricos " Desvio da curva para direita " Aumento da PO2 – Liberação do CO2 da hemoglobina - Pulmões Transporte de dióxido de carbono no sangue " Dióxido de carbono dissolvido " Bicarbonato " Componentes carbamino Bicarbonato: HCO3- " Forma-se de três maneiras: 1) H2CO3 HCO3- H+ + 2) CO2 + OH- HCO3- Anidrase carbônica 3) CO3- 2 + H+ HCO3- 90% do total de CO2 transportado no sangue Componentes carbamino " Carbamino hemoglobina " CO2 reage rapidamente e reversivelmente com grupos de aminoácidos livres da hemoglobina 5% do CO2 transportado no sangue arterial Hb-NH-COO- Hemoglobina reduzida liga-se mais facilmente ao CO2 do que a hemoglobina oxigenada Grupo Respiratório Dorsal • Situado na porção dorsal do bulbo • Maioria dos neurônios situam-se no interior do núcleo do trato solitário • Terminação sensorial dos nervos vago e glossofaríngeo 1) Quimiorreceptores periféricos 2) Baroreceptores 3) Receptores no pulmão Controle da ventilação x Necessidade do organismo • Controle Químico da Respiração ü Manutenção das concentrações apropriadas de oxigênio, dióxido de carbono e íons hidrogênios nos tecidos. ü Quimiorreceptores centrais: Células especializadas que respondem a alterações químicas do sangue ou outros fluidos corpóreos. Quimiorreceptores centrais • Localização: Bulbo ventrolateral • Fatores: Diminuição da PO2 e queda do pH (CO2) • Função: Detecção de acidose local e estimulação da respiração Excesso de Dióxido de Carbono e íons Hidrogênio • Atuação direta sobre o centro respiratório • Aumento da intensidade dos sinais motores inspiratórios e expiratórios para os músculos respiratórios. Controle químico direto pelo dióxido de carbono e pelos íons hidrogênio • Os grupamentos respiratórios não são diretamenteinfluenciados; • Área quimiossensível: alterações sanguíneas na PCO2 ou concentração dos íons hidrogênio Ação dos quimiorreceptores Quimiorreceptores carotídeos Quimiorreceptores aórticos Sistema Nervoso Central Nervo sinusal e glossofaríngeo Sistema Nervoso Central Nervo depressor aórtico e vago
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