Fisiologia do sistema respiratório

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FISIOLOGIA DO SISTEMA 
RESPIRATÓRIO
Fisioterapia Cardiológica I 
Funções pulmonares
 Troca gasosa (O2 e CO2)  mínimo gasto de energia
 Equilíbrio térmico e hídrico ( ventilação  perda de calor
e água)
 Equilíbrio do pH (homeostasia)
 Filtro de êmbolos pela circulação pulmonar
 Atividades bioquímicas (enzimas...)
 Reservatório de sangue
 Função imunológica (M alveolares)
 Fonação
Ventilação X Respiração
 Ventilação:
 Processo mecânico
 Automático e rítmico
 Regulado pelo SNC
 Movimento de ar para dentro e para fora dos pulmões
 Respiração:
 Processo de oxidação de metabólitos
 Produção de energia
 Ocorre dentro das células (mitocôndrias)
Ventilação X Respiração
 Sistema Respiratório: 
troca de gases (O2 e CO2)
 Sistema Cardiovascular: 
nutrientes e metabólitos
 Manutenção das 
atividades celulares 
(tecidos, órgãos e 
sistemas)
Nasofaringe
Orofaringe
Laringofaringe
VAs inferiores
 Traquéia
 Brônquios:
 Principais
 Lobares
 Segmentares
 Bronquíolos:
 Terminais
 Respiratórios
 Sacos alveolares
 Ductos alveolares
 Alvéolos
VAs inferiores
 Gerações das VAs:
 Condução
 Transição
 Respiração (difusão de gás)
Músculos respiratórios
 Constituição:
 55% fibras estriadas tipo I vermelhas (resistentes a
fadiga)
 45% fibras estriadas tipo II brancas (fatigáveis)
 Vencer cargas elásticas (forças de retração dos pulmões
e caixa torácica e cargas resistivas das VAs)
 Contração rítmica, intermitente e durante toda a vida
 Controle voluntário e involuntário
Músculos inspiratórios
Diafragma:
 Principal músculo inspiratório
 Forma de cúpula
 Separa a cavidade abdominal da cavidade torácica
 Se origina nas costelas inferiores e coluna lombar e se
insere no tendão central
 Nervo frênico (C3, C4, C5)
 Inspiração em repouso: responsável por 70% do volume
inspirado
Músculos inspiratórios
Diafragma:
 ¾ fibras aeróbias (1/3 contração rápida e 2/3 contração
lenta)  sustentação de esforços ventilatórios
prolongados
 ¼ fibras de contração rápida anaeróbia  fala, tosse e
esforços posturais
 Deslocamento do diafragma:
 Em repouso: 1 cm
 Inspiração forçada: até 10 cm
 Área de aposição: fibras costais do diafragma justapõem-
se ao gradil costal
Músculos inspiratórios
Diafragma:
 Contração diafragmática  conteúdo abdominal é
deslocado para baixo e para frente   diâmetro céfalo-
caudal do tórax e movimentação das costelas (elevação e
rotação)
Músculos inspiratórios Músculos expiratórios
Músculos inspiratórios
 Intercostais externos:
 Tracionam costelas para cima e para a frente
 Localizados entre as costelas
 Nervos intercostais (T1 a T12)
 Escalenos:
 Elevam as 2 primeiras costelas
 Expandem a CT superior
Músculos inspiratórios
 Paraesternais:
 Elevam a região médio-superior do tórax
 Previne o deslocamento do tórax para baixo e para
dentro após a contração do diafragma
 Músculos acessórios da inspiração:
 Peitoral maior: eleva as 7 primeiras costelas
 Peitoral menor: eleva as costelas no esforço (3as, 4as, 5as)
 Trapézio, serrátil anterior, rombóides: estabilização da CT
e escápulas
 ECOM: elevação das 1as costelas e esterno
Músculos expiratórios
 Repouso: passiva
 Abdominais:
 Reto abdominal: traciona o tórax para baixo
 Oblíquos internos e externos: abaixam 4 últimas costelas
 Transverso do abdômen: sustentação visceral
 Contração: parede abdominal empurrada para dentro e
costelas são tracionadas para baixo   pressão
abdominal  diafragma se desloca para cima  
pressão pleural  saída de ar
 Grande importância na expiração forçada e na tosse
Músculos expiratórios
 Abdominais:
 Facilitam a ação do diafragma  contração abdominal:
 Diafragma mais alongado no início da inspiração
 Vísceras abdominais fixadas  diafragma pode
apoiar seu centro tendíneo e atuar na elevação das
costelas
 Intercostais internos: tracionam costelas e esterno para
baixo e para dentro
Músculos intercostais
 Estabilizam os espaços intercostais
Ventilação pulmonar
 Movimentos respiratórios:
Ventilação pulmonar
 Pressões durante o ciclo respiratório:
 Ppleural
 Palveolar
Ventilação pulmonar
 Pressões durante o ciclo respiratório:
Figure 42.24 Negative pressure breathing
Volume de 
reserva 
expiratório
Volume de 
reserva 
inspiratório
Nem todo o ar mobilizado na 
ventilação pelos músculos 
respiratórios será utilizado 
para a troca gasosa 
=
espaço morto
Ventilação 
- Ventilação Minuto / Volume Minuto VE = Vc x f
Ex: VM = 500 x 16 = 8.000 mL/min ou 8L/min
- Ventilação Alveolar VA = (Vc - EMA) x f 
Quantidade de ar disponível para troca gasosa
VA = (Vc - EMA) x f 
VA = (500 – 150) x 16
VA = 350 x 16
VA = 5.600 mL 
VA = (Vc - EMA) x f 
VA = (250 – 150) x 32
VA = 100 x 32
VA = 3.200 mL 
Hematose
Trocas gasosas entre sistema respiratório
(alvéolos) e sangue (capilares pulmonares)
Unidade Funcional 
Respiratória
Representação esquemática da Unidade Funcional Respiratória
Como ar e sangue
se encontram ?
Relação Ventilação-Perfusão
V Ventilação Alveolar (4,0 L)
Q Fluxo Sangüíneo Pulmonar (5,0 L)
Portanto, seu valor normal é = 0,8
É inútil ventilar alvéolos sem os perfundir (efeito
espaço morto) ou perfundí-los sem os ventilar (efeito
shunt)
Vamos começar pela 
Ventilação!
Para onde o ar (ventilação) vai ?
a distribuição da ventilação depende do
gradiente de pressão intra-pleural
Ápice
Base
Gradiente de pressão pleural (Ppl) no nível 
expiratório de repouso (CRF)
Essa diferença ocorre porque:
 No ápice, o peso dos pulmões e a
sua força retrátil agem na mesma
direção, o que torna a Ppl mais
negativa.
 Na base, o peso dos pulmões e a
sua força retrátil agem em direções
opostas, o que torna a Ppl maior, ou
seja, menos negativa.
Base
Ápice
B
a
s
e
Á
p
ic
e
Final da 
expiração
Final da 
inspiração
Os alvéolos da base são menores, 
mas ventilam melhor
Vamos para perfusão!
Como é a distribuição do sangue nos 
capilares pulmonares ao longo do 
pulmão ?
Circulação Pulmonar
Assim como ocorre na ventilação, o fluxo
sanguíneo varia do ápice para base, sendo
que nas regiões superiores dos pulmões é
menor do que na base, quando estamos na
posição sentada ou ereta.
Ápice
Base
A
lt
u
ra
 d
o
 p
u
lm
ã
o
Alvéolo
Alvéolo
capilar
Os alvéolos do ápice, por terem um maior volume de repouso,
comprimem os capilares pulmonares nessa região, não
havendo fluxo sanguíneo.
Obs: 1 mm Hg = 1,36 cmH2O
PA = Pressão alveolar
Pa = Pressão arterial
Pv = Pressão venosa
B
a
s
e
 
 
 
 
 
 
 
 Á
p
ic
e
Final da 
expiração
Final da 
inspiração
As bases ventilam e perfundem melhor
Resumindo
Mínimo
Máximo
Baixa
Alta
Alta
Baixa
Desequilíbrio V/Q
É o termo usado para descrever o grau
na qual a ventilação e o fluxo sanguíneo não
são similarmente distribuídos para o mesmo
alvéolo.
Efeito Espaço Morto
Áreas ventiladas e não perfundidas
alta V/Q
Efeito Shunt
Áreas não ventiladas, mas perfundidas
Baixa V/Q
Pertubações da troca gasosa HIPOXEMIA
1) HIPOVENTILAÇÃO  VA   PO2A / PCO2A
Causas: drogas 
lesão da parede torácica
paralisia mm respiratórios2) SHUNT 
Anormais: shunt cardíaco
shunt pulmonarres
Até aqui vimos:
Ventilação
Perfusão
e a DIFUSÃO ?
Difusão de um gás de uma região para outra através de uma barreira. A lei de Fick da
difusão descreve os fatores que influenciam o ritmo de difusão do gás de uma região
com pressão parcial alta para uma região com pressão mais baixa.
Leff & Schumacker – Fisiologia Respiratória: Fundamentos e Aplicações, 1996
DIFUSÃO
• Será mais rápida quanto mais ampla a área de
contato alvéolo-capilar
• menor a espessura da barreira da barreira tissular-
plasmática
• mais rápida a taxa de reação com a Hb
• maior o volume de sangue capilar circulante
Taxa de difusão
Pressão parcial de um gás
Pressão = força / área
Numa mistura gasosa, cada componente da 
mistura exerce uma determinada pressão parcial 
sobre as superfícies em contato com a mistura, a 
qual é proporcional à concentração desse gás na 
mistura.
Pressões parciais do ar 
atmosférico
SOLUBILIDADE DOS GASES 
RESPIRATÓRIOS NO PLASMA
Dióxido de Carbono (CO2): 2,5 ml %
Oxigênio (O2) : 0,3 ml %
Isto faz com que o transporte do oxigênio exija um
mecanismo diferente, através da ligação reversível
(frouxa) com a HEMOGLOBINA.
BIOSSÍNTESE DA HEMOGLOBINA
1. Ácido 2  cetoglutarato + glicina = pirrol
2. Ligação de 4 pirrol = protoporfirina III
3. Protoporfirina III + Fe = heme
4. Globina + 4 heme = hemoglobina
1 g. hemoglobina carreira 1,34 ml de oxigênio
100 ml de sangue contém 15 g de hemoglobina (14 a 16 g%)
100 ml de sangue carreia cerca de 20,1 ml de oxigênio.
TRANSPORTE DO DIÓXIDO DE CARBONO
7 % como CO2 dissolvido no plasma
23 % como carbamino-hemoglobina
70 % como bicarbonato, no plasma
TRANSPORTE DO MONÓXIDO DE 
CARBONO (CO)
O monóxido de carbono (CO) tem uma
afinidade para com o grupo heme da
hemoglobina de 200 a 300 vezes maior que o
próprio oxigênio, formando uma ligação
estável; é chamado de composto carboxi-
hemoglobina.
“ Geração e regulação da respiração pelo centro
respiratório e sua modificação pelas informações
provenientes dos centros cerebrais superiores e
dos receptores sistêmicos.”
Schumacker PT,1996.
CONTROLE RESPIRATÓRIO
Aferente
Eferente
Mecanorreceptores Contração da 
musculatura 
respiratória
Ventilação
Difusão
Quimiorreceptores
Centrais e Periféricos
Centro Respiratório
Onde está localizado o 
centro respiratório ?
Centro Respiratório
Grupo Dorsal: ritmo resp e inspiração (em rampa)
Centro Pneumotáxico: limita inspiração.
Grupo Ventral: sinal expiratório.
Centro Apnêustico
GRUPO RESPIRATÓRIO DORSAL
 Está em todo o comprimento 
do bulbo
 É o estímulo que dá início à 
inspiração
 O ritmo básico é gerado 
pelo GRD
 Emite um sinal elétrico em 
forma de rampa com duração 
de 3 segundos
GRUPO RESPIRATÓRIO VENTRAL*
 Localização anterior e lateral ao GRD
• Quando há necessidade de  a
ventilação pulmonar, neurônios
respiratórios ventrais são ativados (ins
e exp.)
• Permanecem inativos durante a respiração normal 
• Contribuem tanto para a inspiração quanto 
para a expiração (principalmente)
CENTRO PNEUMOTÁXICO*
• Localiza-se na parte superior da ponte
• Desliga e inibe a inspiração, regulando o 
volume da insp. e freqüência respiratória
• Envia impulsos para a área inspiratória
• Controla o desligamento da rampa 
inspiratória, limitando a inspiração
• Quando seus sinais são fortes, a
inspiração dura 0,5s, produzindo
taquipnéia
• Quando são fracos, pode produzir uma inspiração profunda
CENTRO APNÊUSTICO
 Localiza-se na parte inferior da ponte
• Envia impulsos para o GRD a fim de
impedir o desligamento do sinal e
gerar inspirações muito profundas
• Pode ser limitado pelo centro 
pneumotáxico e pelos reflexos de 
estiramento
• Se o tronco cerebral for transectado
acima do bulbo, a respiração
espontânea continua, embora em um
ritmo irregular
Controle químico da respiração
Corresponde aos receptores que respondem
a alterações na composição química do
sangue:
- Central
- Periférico
Localizado bilateral e
ventralmente no bulbo.
Zona quimiossensorial do centro respiratório
Controle químico central
Controle químico da respiração
 O2 não exerce efeito direto significativo no CR
para controlar a respiração
 atua em quimiorreceptores periféricos
localizados nos corpúsculos carotídeos e aórticos
Transmitem impulsos neuronais adequados para o 
CR para controlar a respiração
A. aorta
Corpo carotídeo
A. Carótida 
comum
Corpúsculo 
aórtico
Seio carotídeo
Papel do O2 no controle respiratório
Ineficiência ventilatória (PaCO2) e/ou
Hipoxemia (PaO2 < 60 mmHg)

Estímulo dos quimiorreceptores centrais e/ou periféricos

 informações para o CR
1 - Ventilação 
Inadequada, 
abaixa a 
PaO2 e eleva 
a PaCO2 
→que 
diminui o pH
2 - PaO2 e pH 
baixo, estimulam 
quimiorreceptores 
aórticos e 
carotídeos 
3 – PaCO2 elevado 
(pH baixo), 
estimulam os 
quimiorreceptores 
centrais
Nervo glossofaríngeo
Nervo Vago
5 – Centro 
respiratório é 
estimulado pelas 
vias de nervos 
vago e 
glossofaríengeo 
6 – Impulsos do 
centro respiratório 
mandam eferências 
via nervo frênico 
para o diafragma e 
via nervos 
intercostais para os 
intercostais para 
aumentar a 
freqüência e a 
amplitude da 
respiração
4 –Impulsos 
aórticos e 
carotídeos são 
levados pelas vias 
do nervo vago e 
glossofaríengeo 
para o Centro 
Respiratório
7- Respiração acelerada, aumenta a ventilação e tende 
a normalizar a PaO2, PaCO2 e pH no sangue