Fisiologia do sistema respiratório Resumo

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Júnior Alencar MED XXV 
 
 
 
 
Curiosidades gerais: 
Fisiologia do Sistema Respiratório 
Mecânica da Respiração 
Os pulmões humanos são estruturas bem versáteis e especializadas em fornecer oxigênio para os trilhões 
de células do corpo e para isso precisa possuir inúmeras ramificações internas de modo a aumentar a área 
de contato com o ar. Um homem de 70 kg possui 75m² de área em um pulmão cujo volume geralmente 
não ultrapassa 3L. 
As trocas dos gases requer uma superfície de troca grande, fina e úmida; uma bomba para mover o ar, e 
um sistema circulatório para transportar os gases para as células. 
O epitélio respiratório internalizado foi um sucesso evolutivo contra a desidratação, contudo fez-se 
necessário uma musculatura esquelética torácica bem desenvolvida para trazer o ar atmosférico para 
dentro dessa cavidade. 
As 4 funções primárias desse sistema são: 
 Trocas gasosas entre a atmosfera e o sangue; 
 Regulação homeostática do PH do corpo por meio da excreção seletiva de CO2; 
 Proteção contra patógenos e substâncias irritantes antes que essas possam entrar no corpo; 
 Vocalização que nada mais é do que a habilidade de produzir som pela passagem de ar; 
 
Obs.: O fluxo de ar sempre ocorre do lugar de maior pressão para o de menor pressão; A bomba 
muscular é quem cria um gradiente de pressão; E a resistência depende do diâmetro dos tubos 
que o ar vai passar. 
 
Respiração celular-> Refere-se a reações intracelulares com participação do O2 para produzir ATP; 
Respiração externa-> Movimento de gases entre o meio externo e as células do corpo. (Foco da fisiologia). 
 
A respiração pode ser subdividida em quatro processos integrados: 
1. Troca de ar (Ventilação ou respiração) envolve a inspiração e a expiração e os mecanismos como isso 
acontece é a mecânica da respiração; 
2. Troca gasosa O2CO2 a nível capilar alveolar; 
3. O transporte de O2 e CO2 pelo sangue; 
4. Troca gasosa O2CO2 a nível célula-capilar; 
 
Estruturas que permitem a respiração: 
1. Sistema condutor (vias aéreas); 
2. Alvéolos (Sacos de finas membranas que permitem comunicação com sistema circulatório); 
3. Ossos e músculos do tórax e abdome que auxiliam na ventilação; 
Esse sistema ainda pode ser dividido em duas partes: O trato respiratório superior (boca, 
cavidade nasal, faringe, laringe) e o trato respiratório inferior (traqueia, brônquios e suas ramificações, 
pulmões). 
 
Ossos e Músculos do tórax= Caixa torácica 
 A coluna vertebral e as costelas formam as paredes e o topo enquanto o diafragma forma a base. 
Exístem músculos intercostais internos e externos que unem os 12 pares de costela. Além desses 
participam o músculo escaleno, ECOM, peitoral menor, serrátil anterior, reto abdominal, oblíquos 
externo, interno e transverso do abdômen. 
 Essa caixa ainda possui 3 sacos membranosos: pericárdio e duas pleuras. 
 
Os pulmões são órgãos irregulares de tecido leve e esponjoso cujo volume é quase todo ocupado por ar. 
Suas bases repousam no diafragma. Vias aéreas semirrígidas (Brônquios) conectam os pulmões a via 
principal (traqueia). São envoltos por um saco pleural muito irrigado, esse saco contem duas membranas 
uma visceral que acompanha o pulmão e uma parietal que acompanha a caixa torácica. Entre as duas 
existe o líquido pleural (25 a 30 ml), este líquido possui algumas funções: 
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 Criar superfície úmida e escorregadia para que uma membrana possa deslizar sobre a outra 
enquanto os pulmões se movimentam; 
 Manter os pulmões aderidos à parede torácica (coesão) de modo que mesmo em repouso esses 
ficam parcialmente inflados; 
 
Caminho do ar atmosférico 
O ar entra pela boca ou nariz e passa pela faringe (passagem comum para os alimentos, os líquidos e o ar) 
de lá vai até a laringe onde se encontram faixas de tecido tensionadas que se fazem vibrar produzindo o 
som, o ar prossegue para a traqueia que é um tubo semiflexível com vários anéis cartilaginosos. A primeira 
divisão da traqueia no tórax forma um par de brônquios primários que a partir daí se ramificam várias 
vezes tornando-se progressivamente menores para formar os bronquíolos (pequenas vias aéreas 
colapsáveis com paredes de músculo liso). Esses continuam se ramificando e tornando-se menores com o 
objetivo de aumentar a área de secção transversal assim como os capilares. 
 
Além de meramente conduzir as vias aéreas: 
1. Aquecem o ar até a temperatura corporal (37 graus pelo próprio calor do corpo), de modo a não 
danificar os alvéolos pelo o ar frio. 
2. Adicionar vapor de água (provindo da própria evaporação da mucosa interna) até o ar atingir 100% de 
humidade de modo a não secar o epitélio de troca. 
3. Filtrar material estranho, de modo que vírus, bactérias e outras partículas não alcancem os alvéolos. 
Essa função está principalmente relacionada à traqueia e os brônquios, estruturas de epitélio ciliado que 
produzem muco e uma solução salina, permitindo a movimentação das partículas até a faringe uma vez aí 
pode ser expectorado ou deglutido. A camada de muco é secretada por células caliciformes e contém Ig 
para inativar possíveis patógenos. 
 
Caso clínico: Fibrose cística maior produção de muco e ausência de solução salina, os cílios ficam presos no 
muco e esse se acumula gerando infecções; 
 
Os alvéolos 
Sacos localizados nos bronquíolos terminais cuja função é permitir a troca O2CO2. Cada um é composto 
por único epitélio e esse apresenta 2 tipos celulares. A célula alveolar tipo II, menor, mais espessa, 
sintetiza e secreta o surfactante. Essa substância química se mistura com o líquido pulmonar para ajuda-los 
a expandir durante a respiração. Além disso, transportam água e solutos para fora do espaço aéreo 
alveolar. Já as células alveolares tipo I são maiores e mais finas, ocupam maior parte da superfície alveolar 
de modo que os gases possam se difundir rapidamente por meio delas. 
Os alvéolos não possuem músculo como nos bronquíolos, logo sua movimentação está restrita a 
movimentações das fibras elásticas do tecido conjuntivo. Durante as trocas gasosas os capilares 
preenchem até 90% dos espaços interalveolar (Epitélio alveolar + Endotélio capilar). 
 
Circulação pulmonar 
AD-> VD-> Tronco Pulmonar-> Artérias pulmonares D e E-> Pulmão (Hematose) -> Veias pulmonares 2 D 
e 2 E-> AE-> VE -> Aorta. 
A taxa de fluxo sanguíneo através dos pulmões é muito maior que os outros tecidos, uma vez que eles 
recebem todo o débito cardíaco do ventrículo direito. Isso significa que flui tanto sangue para os pulmões 
em um min quanto flui através do corpo no mesmo período de tempo. Mesmo com isso a pressão nas a.a 
pulmonares é mais baixa que a sistémica uma vez que possui menor resistência. 
Lei dos gases 
Muitas vezes é possível comparar fisicamente o fluxo de ar ao fluxo de sangue. Embora ambos sejam 
fluidos o ar é uma solução de gases compressíveis o que altera algumas variáveis. 
Lembrar: 
1- A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões parciais individuais ( Lei de Dalton). 
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2- Os gases, isolados ou em uma mistura, se movem de áreas de maior pressão para áreas de menor 
pressão. 
3- Pressão e volume são grandezas inversas P1V1=P2V2 (Lei de Boyle). 
4- Pressão, volume, temperatura podem se relacionar com o número de moléculas no recipiente por meio 
de PV=nRT. 
 
A lei de Dalton é importante fisiologicamente no que diz respeito a calcular as pressões parciais de O2 e 
CO2 no ar atmosférico. Para isso basta saber a porcentagem desses gases e multiplicar pela porção de ar 
coletada. Exemplo: 
A pressão de O2 em 1 ATM: 
Patm X % de O2 = 760mmHg X 21%(0,21) => PO2= 160mmHg. 
Obs. A pressão parcial de umgás não depende de características moleculares. E quando se trata de ar 
húmido deve-se subtrair a pressão do vapor de água antes de calcular. 
 
Ventilação 
O ciclo respiratório consiste em uma inspiração seguida por uma expiração. Os volumes pulmonares 
mudam durante a ventilação. O ar movido durante a respiração pode ser dividido em quatro volumes 
pulmonares. 
1- Volume corrente (VC)-> volume movido durante uma inspiração ou expiração normal; 
2- Volume de reserva inspiratório (VRI)-> É aquele inspirável mesmo depois do volume corrente; 
3- volume de reserva expiratório (VRE)-> Aquele expirável vigorosamente após o volume corrente; 
4 – Volume residual (VR)-> É o volume de ar que permanece mesmo depois de uma expiração forçada. 
 
Capacidade pulmonar 
É a soma de dois ou mais volumes. 
Capacidade vital (CV)= VRI + VRE + VC. A CV diminui com a idade quando os músculos enfraquecem e os 
pulmões se tornam menos elásticos. 
Capacidade pulmonar total (CPT) = VC + VRI + VRE + VR. 
 
Obs. A lei de Boyle é fundamental para explicar o processo de 
ventilação. Quando os músculos intercostais estão relaxados, o 
diafragma contrai, aumentando o volume torácico e diminuindo 
a pressão interna permitindo que o ar entre nos pulmões 
(inspiração). No processo de expiração os músculos intercostais 
internos contraem, o diafragma relaxa, expulsando o ar dos 
pulmões pelo aumento da pressão interna e diminuição do 
volume. 
Obs. O músculo escaleno atua no processo de respiração levando 
o esterno e as costelas superiores enquanto o diafragma parte 
em direção ao abdômen. 
Escaleno+ Intercostal externo= Musc. Inspiratória 
Análise do gráfico 
Tempo 0-> Pressão alveolar igual à Patm= Sem fluxo de ar; 
Tempo 0-2->Inspiração= P alveolar cai a (-1mmHg) e o ar flui para 
dentro dos alvéolos; 
Tempo 2-4-> Expiração= Pressão alveolar aumenta (+1mmHg) e o 
ar flui para fora dos alvéolos. 
Tempo 4-> O movimento de ar cessa quando a pressão alveolar é 
novamente igual à pressão atmosférica. (fim do ciclo 
respiratório). 
Obs. Expiração ativa= Ocorre durante exalação voluntária, 
durante atividade física por exemplo. Participam os músculos 
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intercostais internos e abdominais. Os músculos intercostais externos e internos são antagonistas 
enquanto o diafragma não possui antagonista. 
 
A combinação da caixa torácica expulsando o ar para fora e a retração elástica dos pulmões puxando para 
dentro cria uma pressão intrapleural subatmosférica de cerca -3mmHg. Quando se é feita uma abertura 
na membrana pleural (perfuração) o ar entra pelo orifício da mesma maneira quando se retira o lacre de 
uma lata de refrigerante. Esse ar entra na cavidade pleural desfaz as interações do líquido pleural, a parede 
se expande, mas os pulmões elásticos colapsam é o que se pode chamar de Pneumotórax. 
A complacência e a elasticidade dos pulmões podem mudar em casos patológicos 
Complacência=Capacidade de se estirar, essa habilidade é diferente de elasticidade (elastância) que é a 
habilidade de retornar a posição de repouso. 
Enfisema=Destruição das fibras elásticas do pulmão. Pessoas com esse problema possuem alta 
complacência durante a inspiração, mas perdem a capacidade de seu pulmão voltar ao repouso (como um 
elástico velho). 
Doenças pulmonares restritivas em geral são caracterizadas por perda da complacência (pulmão rígido) 
demanda mais trabalho. Exemplo à fibrose pulmonar. 
 
Obs. Gerais: 
1- O diâmetro dos brônquios determina quanta resistência eles oferecem ao fluxo de ar. 
2- O aumento de CO2 no ar expirado dilata os bronquíolos. Os neurônios parassimpáticos causam 
broncoconstricção em resposta a estímulos irritantes. Não há inervação simpática significativa nos 
bronquíolos, mas a adrenalina causa broncodilatação. 
3. Ventilação pulmonar total= VC x FV. Ventilação alveolar= FVx (VC-Volume do espaço morto); 
4. A composição do gás alveolar muda muito pouco durante um ciclo respiratório normal. A 
hiperventilação aumenta a PO2 alveolar e minui a PCO2 alveolar. A hipoventilação tem efeito oposto. Os 
mecanismos locais de ajuste para o fluxo de ar ao fluxo de sangue ao redor dos alvéolos. Os níveis 
aumentados de CO2 dilatam os bronquíolos, e a diminuição de O2 contrai as arteríolas pulmonares. 
 
 
 
Difusão e solubilidade dos gases 
Troca e Transporte de Gases 
Capítulo 18 
O processo de difusão dos gases obedece a Lei da difusão de Fick: 
Se considerarmos que a permeabilidade da membrana é constante, então três fatores influenciam a 
difusão nos pulmões: 
1. Área de superfície. (diretamente) 
2. Gradiente de concentração (diretamente)  Mais importante 
3. Espessura da membrana (inversamente) 
4. Distância de difusão (inversamente) 
 
A quantidade de um gás que é dissolvido em um líquido é diretamente proporcional à pressão parcial do 
gás, à solubilidade (facilidade de se dissolver) do gás no líquido e a temperatura (constante na maioria dos 
mamíferos). O CO2 é 20 vezes mais solúvel em solução aquosa que o O2, isso implica que mesmo a pressão 
de ambos sendo igual ( Ex. 100mmHg) sempre vai haver mais CO2 dissolvido do que O2. Esse fenômeno foi 
fundamental para evolução de moléculas carreadoras. 
 
Troca de gases nos pulmões e nos tecidos 
Considerações gerais: 
 A PO2 alveolar e arterial normal é de aproximadamente 100 mmHg . A PCO2 arterial e alveolar 
normal é de cerca de 40 mmHg. 
 A PO2 venosa normal é de 40 mmHg e a PCO2 venosa normal é de 46 mmHg 
A composição do ar inspirado e a eficácia da ventilação alveolar afetam a PO2 alveolar. 
Mudanças na área de superfície alveolar, na espessura da membrana alveolar e na distância 
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intersticial entre os alvéolos e os capilares pulmonares afetam a eficácia das trocas gasosas e a PO2 
arterial. Hipercapnia Alta de CO2 / Hipoxia  Baixa de O2 (Sinais clínicos quase sempre 
acompanhados. 
Tipos de Hipoxia 
Hipoxia hipóxica-> Baixa de P02 arterial (Pouco O2 chega nos alvéolos) -> Ex. Hipoventilação, altitudes 
etc. 
Hipoxia anêmica -> Diminui quantidade de O2 ligado à hemoglobina -> Ex. Perda de sangue, pouca 
hemácia ou pouca hemoglobina; 
Hipoxia isquêmica -> Redução do fluxo de sangue -> Ex. Choque, trombose etc. 
Hipoxia histotóxica -> falha das células em usar O2 por terem sido envenenadas -> Cianeto 
Casos clínicos associados: 
 
Transporte de gases no sangue 
O oxigênio pode ser transportado no sangue de duas formas: Em maior quantidade (>98%) pela 
hemoglobina (hemácia) e menor quantidade dissolvido no plasma (<2%). 
 
A hemoglobina liga-se reversivelmente com a molécula de O2. 
A quantidade de O2 que se liga a Hb depende de dois fatores 
1- Da PO2 no plasma ao redor da hemácia; 
2- Do número de potenciais sítios de ligação disponíveis; 
 
Obs. A hemoglobina é uma proteína grande e complexa com 4 cadeias de proteínas globulares cada 
uma enrolada ao redor de um grupo heme (contém ferro). Cada grupo desses grupos se liga a uma 
molécula de O2. A ligação Oxi-Hemoglobina depende de pH, temperatura e mudança conformacional 
uma vez que afeta a atividade proteica da Hb. Além disso, o aumento na concentração de 2,3 
difosfoglicerato, composto intermediário da via glicolítica, indica hipóxia por períodos prolongados e 
dificulta as ligações da hemoglobina. 
A reação Hb + O2  HbO2 é deslocável caso haja variação nas concentrações de seus componentes. 
Resumo O2: 
 
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Obs. O percentual de saturação da hemoglobina refere-se a quantidade de sítios de ligação livre. (70% em 
repouso). 
 
Como o CO2 é transportado no sangue 
O sangue venoso transporta 7% do seu CO2 dissolvido no plasma, 23% como carbaminoemoglobinae 
70% na forma de íon bicarbonato no plasma. 
Por que a excreção do CO2 é tão importante? 
1- Sua alta concentração causa acidose sanguínea pela queda do pH; 
2- Altos níveis de PCO2 deprimem as funções do sistema nervoso central; 
 
Obs. Além de servir como principal meio de transporte de CO2 o bicarbonato também é usado para 
manter o equilíbrio do pH. 
O CO2 se transforma em HCO3- pela ação da enzima anidrase carbônica presente nas hemácias, mas 
isso não ocorre diretamente. 
 
 
tamponar o H+ ocorre à acidose respiratória. 
A anidrase carbônica converte CO2 em ácido carbônico, o 
qual se dissocia em H+ e HCO3-. O H+ então se liga a 
hemoglobina, e o HCO3- sai da hemácia para o plasma 
usando o trocador de cloreto. Caso a Hb não consiga mais 
 
Regulação da ventilação 
A respiração é um processo rítmico e normalmente involuntário. Difere do batimento cardíaco pela 
ausência de autoexcitação, os músculos respiratórios precisam receber estímulo nervoso para se 
contrair. O controle respiratório reside em redes de neurônios no bulbo e na ponte, influenciadas por 
sinais provenientes de receptores sensoriais periféricos, centrais e de centros encefálicos superiores. 
Modelo contemporâneo para controle da ventilação sugere: 
1- Neurônios respiratórios do bulbo controlam os musc. Respiratórios; 
2- Os neurônios da ponte integram informações sensoriais e interagem com neurônios bulbares 
motores. 
3- O padrão rítmico é gerado a partir de uma rede de neurônios que disparam espontaneamente. 
4- A ventilação está sujeita a modulação contínua por quimiorreceptores e mecanorreceptores. 
 
Bulbo e o controle da respiração 
Uma área do bulbo chamada núcleo do trato solitário (NTS) contém: 
O grupo respiratório dorsal (GRD) contém principalmente neurônios inspiratórios que controlam os 
neurônios motores somáticos que vão para o diafragma. 
O grupo respiratório ventral (GRV) inclui uma área conhecida como complexo pré-Botzinger que 
contém neurônios que podem atuar o marca-passo básico da respiração, bem como neurônios 
envolvidos na inspiração e expiração ativa. 
 
O dióxido de carbono, o oxigênio e o PH influenciam a ventilação 
 
O dióxido de carbono é o estimulo primário para mudanças na ventilação. Quimiorreceptores 
localizados no bulbo e na carótida respondem a mudanças na PCO2. Exemplo: Se a taxa de produção 
de CO2 excede a de remoção a ventilação é aumentada para equiparar esses fatores. 
 
Os Quimiorreceptores periféricos localizados nos glomos caróticos e para-aórticos monitoram a PO2, a 
PCO2 e o PH. A ventilação aumenta quando a PO2 diminui para menos de 60 mmHg. Respondem 
apenas a grandes mudanças por isso não desempenham um papel importante na regulação diária. 
Os quimiorreceptores centrais no encéfalo respondem as mudanças no pH ocasionadas pela 
concentração de CO2 no líquido cerebroespinhal, por receptores na superfície ventral do bulbo. 
 
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Reflexos protetores dos pulmões 
Os reflexos protetores monitorados pelos receptores periféricos evitam danos aos pulmões por 
irritantes inalados 
O principal reflexo é a broncoconstricção, mediada por neurônios parassimpáticos, provocam a 
constrição dos bronquíolos mediante as partículas nocivas. Outro reflexo é de insuflação de Hering - 
Breuer que limita os volumes ventilatórios. 
Outros processos mentais conscientes ou inconscientes (medo, ansiedade, estresse..) podem afetar a 
atividade respiratória.