Introdução ao sistema respiratório

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Fisiologia II – 07/11/2017. 
1) Introdução a Fisiologia Respiratória: 
A respiração consiste em um processo sistêmico que compreende na ventilação pulmonar, perfusão pulmonar, hematose e transporte de oxigênio e gás carbônico pelo organismo, do tecido periférico para os pulmões ou dos pulmões para o tecido periférico. A respiração celular já envolve outros mecanismos como cadeira respiratória, citocromo, ATPase de prótons e etc. O foco, no entanto, dessa aula é a respiração sistêmica. 
Os organismos unicelulares não possuem dificuldade para trocar O2 e CO2, pois esses gases são apolares e se difundem pela célula, já os organismos pluricelulares precisaram desenvolver o sistema circulatório e respiratório para realizar essa troca, devido ao grande número de células que eles apresentam. A importância de realizar trocas gasosas é porque o O2 é essencial para manter os tecidos vivos, e a excreção de CO2 também precisa acontecer pois ele acidifica o meio. 
O sistema respiratório é responsável pelo transporte de gases, sendo cada seguimento com uma função/especialização: 
→ Vias aéreas superiores: umidificam o ar, controlam a temperatura do ar que entrará nos pulmões, filtração de macro e micro-partículas devida presença de cílios e pelos. Essa via é composta pelas cavidades nasais, faringe e laringe. 
→ Vias aéreas inferiores: levam o ar até os alvéolos. Essa via é composta pela: traqueia, pulmões
e brônquios. Por fim o ar chega aos alvéolos onde há uma barreira fina que separa o ar dos capilares sanguíneos.
*OBS.: A traqueia é uma envaginação que leva o ar para as células em alguns organismos ainda vivos, bem como o pulmão sofreu adaptações e é também uma invaginação do tubo digestivo nos vertebrados terrestres. Nos peixes há as brânquias, que são evaginações que entra em contato com o meio aquoso retirando O2. 
O ar que está no alvéolo precisa doar O2 para que ele seja carreado pela hemoglobina da hemácia, mais especificamente pelo ferro, responsável por 98,5% do O2, os 1,5% está dissolvido no plasma. Essa hemoglobina precisa por sua vez liberar CO2. Para que isso ocorra, esses gases precisam passar pela barreia hemato alveolar, que é constituída pelo líquido alveolar que contém surfactante (substância responsável por diminuir a tensão superficial da água impedindo assim que o alvéolo colabe), depois pelo endotélio alveolar, pela lâmina basal, pelo interstício, lâmina basal do capilar, endotélio do capilar chegando por fim ao plasma, ultrapassando a membrana da hemácia chegando a hemoglobina. Caso ocorra o espessamento dessa barreira o caminho fica mais difícil, isso se deve por deposição de fumaça, deposição de algumas partículas e entre outros fatores, dificultando assim que ocorram as trocas gasosas. 
2) Transporte de oxigênio e dióxido de carbono e a diferença de pressão:
A pressão do ar atmosférico ao nível do mar é de aproximadamente 760 mmHg e a medida que se sobe ela vai ficando maior, e conforme desce, ela fica menor. Isso significa dizer que se tem uma composição de gases no ar que vão dar essa pressão total (pressão atmosférica). O ar é composto majoritariamente por nitrogênio (60 mmHg), seguido de oxigênio (160 mmHg) seguido de gás carbônico (0,3 mmHg). 
* IMPORTANTE: Não se usa a palavra concentração quando se trata de gás, e sim pressão parcial (pp).
O aumento da frequência respiratória não significa dizer que há eficiência respiratória, pois é necessário um equilíbrio, ou seja, encher os pulmões de ar adequadamente assim como esvaziá-lo, então a eficiência está relacionada com o ritmo, que envolve também a frequência, o volume respiratório, o volume residual, capacidade respiratória e entre outros aspectos, ou seja, o ritmo engloba a frequência, mas é muito mais que isso. O ritmo respiratório vai determinar a capacidade de renovar o ar dos alvéolos.
Quando ocorre a inspiração o ar vai preferencialmente para a parte de cima do pulmão, região mais distante do solo, ou seja, a ventilação pulmonar na parte superior é maior do que na base, isso implica numa pressão alveolar, na parte superior do pulmão, maior que a pressão arterial e venosa, sendo assim, os capilares sanguíneos colabam por causa dessa grande pressão parcial que o ar exerce e então a perfusão é deficitária, então há pouca troca gasosa. Na parte inferior há menos ar, ou seja, a ventilação é deficitária, pois o ar é menos denso que o nosso corpo, mas a perfusão é alta, pois não há nada que esteja comprimindo os vasos, porém há também pouca troca gasosa. A parte entre a parte superior e a parte inferior é o local em que há tanto perfusão quando ventilação e troca gasosa. 
*Pergunta: Caso se tenha 3 alvéolos, (1) um com pp de O2 com 40 mmHg, outro (2) com 104 mmHg e outro (3) com 149 mmHg. Onde cada um desses alvéolos estaria no pulmão? Alvéolo 1 estaria na base, pois não ventila, logo não renova. O 3 estaria no ápice e o 4 estaria no meio.
Nos alvéolos a pressão parcial será de 105 mmHg de O2 e 40 mmHg de CO2, pois o O2 já difundiu em parte. Isso se deve pelo fato de se ter um valor intermediário entre o ar atmosférico e o ar dentro dos alvéolos para que se tenha um gradiente e continue ocorrendo a troca gasosa. Esses gases estão no sangue sendo carreados pela hemoglobina e em parte dissolvidos, porém muito pouco como já foi visto. Esse sistema só funciona caso se tenha perfusão e ventilação contínua para que não se atinja um equilíbrio, e, consequentemente, se mantenha esse gradiente. Já a pp de O2 na mitocôndria é de aproximadamente 5 mmHg, pois ela consome esse oxigênio para gerar energia. Sendo assim, os gradientes em cada lugar (fora, alvéolos, sangue) são diferentes.
Quando se umidifica o ar ocorre uma diminuição da pp, o ar seco (O2) por exemplo tem 159,1 mmHg e o ar traqueal tem 149,2. Por isso é dificultoso respirar em ambiente seco com a umidade baixa, pois se perde muita água para umidificar o ar, essa umidificação nas vias aéreas superiores é essencial para condicionar esse ar na temperatura e umidade que é necessária, não perdendo muita energia. A nebulização auxilia nessa umidificação. A osmolaridade do líquido utilizado deve ser a mesma da célula, por isso se usa a solução salina. Além disso também pode se administrar algum fármaco e dessa forma ele será absorvido mais rápido pela alta quantidade de capilares que contém no pulmão. No sangue venoso a pp de O2 é de 40 mmHg, e dentro do alvéolo é de 104 mmHg, ou seja, um valor intermediário para que não se perca o gradiente. 
Para o CO2 a mesma coisa, a diferença é que o valor intermediário é muito mais próximo, sendo no sangue venoso de 45 mmHg e no alvéolo de 40 mmHg. O ar traqueal tem 0,3 mmHg. 
A hemoglobina para ser considerada eficiente ela deve ter alta afinidade pelo O2 porém deve ter também uma baixa afinidade pelo mesmo para que seja capaz de liberá-lo para os tecidos, e isso ocorre com o auxílio da hemoglobina, pois ela é capaz de alterar a afinidade pelo O2 e CO2 de acordo com suas condições físico-químicas. Se for uma condição que sinalize que há necessidade de O2, ela vai perdendo afinidade pelo oxigênio, e se for uma condição em que não há necessidade de O2, a afinidade da mesma pelo oxigênio aumentará, se ligando com a maior força possível ao oxigênio. Esse é um mecanismo chamado de “mecanismo de cooperatividade”.
→ Estado T / baixa afinidade: estado estável quando o O2 está baixo. 
→ Estado R / elevada afinidade: estável com ligação de O2.
A temperatura é um fator do ar que auxilia a Hb a saber quando deve aumentar ou não a afinidade. Nos alvéolos a temperatura é baixa, logo a afinidade da Hb pelo O2 é alta. A pp do O2 é mais alta nos alvéolos do que no sangue, logo, a afinidade da Hb também será alta, e o pH é neutro, então a afinidade também será alta. Esses mecanismos vão sinalizar para a Hb e assim a afinidade pelo oxigênio será regulada.
Comoa hemácia não tem mitocôndria, não há dessa forma consumo de O2, e é por isso que a hemácia carreia a Hb. Além dessa característica, o fato dela não ter núcleo, não produzir proteínas e entre outras coisas faz com que ela seja a melhor transportadora de O2. Além disso, ela produz a 2,3 difosfoglicerato quando ela muda de formato, e a hemácia precisa mudar de formato para passar nos capilares. Quando isso ocorre, ela diminui a afinidade pelo oxigênio. Ou seja, quando o 2,3 difosfoglicerato está alto, ela diminui a afinidade pelo oxigênio, e quando o 2,3 difosfoglicerato está baixo, ela aumenta a afinidade pelo oxigênio.
O CO2 é carreado cerca cerca de 22% por proteínas sanguíneas, 68% com a água e 10% dissolvido. Ele se liga na carbamino-hemoglobina. 
*Exemplo: quando se faz uma atividade física haverá menos 2,3 difosfoglicerato para que a Hb libere O2 para o músculo por exemplo. No caso de um corte no dedo, com o processo inflamatório, haverá sinalização para que a Hb diminua a afinidade pelo O2, logo haverá mais 2,3 difosfoglicerato.