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* FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIA Prof. Celiandro Mazarro * ESTRUTURA E FUNÇÃO PULMONAR INTERFACE SANGUE/GÁS O O2 e o CO2 movem-se entre o ar e o sangue por difusão simples O gás é trazido para um lado da interface pelas vias aéreas e o sangue para o outro lado pelos vasos sangüíneos. * * * ESTRUTURA E FUNÇÃO PULMONAR VIAS AÉREAS E FLUXO AÉREO As vias aéreas de condução não possuem alvéolos, logo não participam da troca gasosa, constituindo o espaço morto anatômico. Ácino ou lóbulo: Porção de pulmão distal a um bronquíolo terminal. Na inspiração o ar é puxado para dentro do pulmão com o aumento do volume da caixa torácica ( pela ação do diafragma e dos intercostais ) * SISTEMA RESPIRATÓRIO * SISTEMA RESPIRATÓRIO * * ESTRUTURA E FUNÇÃO PULMONAR VIAS AÉREAS E FLUXO AÉREO O ar flui por fluxo bruto até os bronquíolos terminais, a partir da zona respiratória a difusão assume como mecanismo dominante da ventilação. O pulmão é elástico e retorna passivamente ao seu volume pré inspiratório no repouso (Ex:pressão de distensão do pulmão e um balão de criança); * * Músculos Inspiratórios Fase ativa; Diafragma; Intercostal externo; Músculos acessórios da insp.; Movimento Cranial; * Músculos Expiratórios Fase Passiva São músculos acessórios da expiração: Abdominais: Reto, Oblíquos, Transverso; Intercostais Interno; Movimento Caudal; * ESTRUTURA E FUNÇÃO PULMONAR VASOS SANGÜÍNEOS E FLUXO SANGÜÍNEO Os vasos sangüíneos pulmonares se ramificam da art. Pulmonar até os capilares e de volta pelas veias pulmonares. A art. Pulmonar recebe o débito total do coração direito, porém a resistência do circuito pulmonar é pequena. Cada eritrócito despende cerca de 0,75 s na rede capilar e nesse tempo atravessa 2 ou 3 alvéolos. * * VOLUMES PULMONARES Volume Corrente ( VC ): É o volume de gás que entra e sai em uma respiração tranqüila. Volume residual ( VR ): É o volume de ar que permanece nos pulmões após uma expiração forçada, evita que os pulmões entrem em colapso. Volume de reserva inspiratório (VRI) : É o volume de gás nos pulmões com uma inspiração forçada. Volume de reserva expiratório (VRE): É o volume de gás expelida dos pulmões com uma expiração forçada. * CAPACIDADES PULMONARES Capacidade Vital(CV): É o volume de gás de uma inspiração máxima seguida de uma expiração máxima,(VRI + VRE). Capacidade Residual Funcional (CRF): É o volume de ar retido nos pulmões após uma expiração normal, (VR + VRE). Capacidade inspiratória (CI): É o volume de gás inalado durante um esforço inspiratório máximo, (VRI +VC). Capacidade pulmonar total (CPT): É o volume de gás retido nos pulmões após um esforço inspiratório máximo, (CI + CRF). * * VENTILAÇÃO Ventilação Total / Volume Minuto: É o volume de gás exalado dos pulmões por minuto. O volume de ar que entra no pulmão é maior, porque mais O2 é captado que CO2 é eliminado. Ventilação Alveolar: É o volume de gás que entra na zona respiratória por minuto, é a quantidade de ar inspirado disponível para troca gasosa. Ventilação = Remoção de CO2 * * * VENTILAÇÃO A PCO2 do gás alveolar e do sangue arterial são idênticas, logo a PCO2 arterial pode ser usada para se determinar a ventilação alveolar. Espaço morto anatômico: É o volume de gás retido nas vias aéreas de condução. Espaço morto alveolar: É o volume de gás na zona respiratória que não sofre troca gasosa. Espaço morto fisiológico: É a soma do espaço morto anatômico com o espaço morto alveolar. * * VENTILAÇÃO As regiões inferiores do pulmão ventilam melhor que as superiores. Posição ortostática: A base pulmonar ventila mais que o ápice. Posição supina: A parte posterior ventila mais que a anterior. Decúbito lateral: O pulmão inferior é mais bem ventilado. * VENTILAÇÃO A mudança de uma posição ortostática para uma posição supina diminui a CRF porque a força da gravidade não mais empurra o conteúdo abdominal para longe do diafragma. * * DIFUSÃO * DIFUSÃO Difusão: É o movimento de moléculas de uma área de alta pressão para uma área de baixa pressão. Difusão pulmonar: É o processo de transferência de gás através da barreira sangue gás. * DIFUSÃO Lei da Difusão de Fick: A velocidade de transferência de um gás através de uma lâmina de tecido é proporcional a área do tecido, a diferença de pressão parcial entre os dois lados e ao coeficiente de solubilidade do gás e inversamente proporcional a espessura do tecido. * DIFUSÃO Lei de Fick * LIMITAÇÕES DA DIFUSÃO E DA PERFUSÃO * LIMITAÇÕES DA DIFUSÃO E DA PERFUSÃO A pressão parcial de um gás é dada pelo gás livre que não se combina. CO2 – A Quantidade que entra no sangue é limitada pela difusão da barreira sangue/gás, ou seja tudo que passa pela barreira é absorvido pelo sangue. N2 – É limitada pela perfusão, pois depende do volume de sangue disponível , pois este gás não se combina com a HB. * LIMITAÇÕES DA DIFUSÃO E DA PERFUSÃO O2 – Normalmente é limitado pela perfusão, pois a Pressão parcial no eritrócito é muito maior que no caso do CO2. Quando a difusão do pulmão está prejudicada a PO2 sangüínea não atinge o valor alveolar no fim do capilar, logo passa a ser limitado pela difusão também. * * CAPTAÇÃO DE O2 AO LONGO DO CAPILAR * CAPTAÇÃO DE O2 AO LONGO DO CAPILAR As reservas de difusão são enormes, a diferença na PO2 alveolar e no sangue no final do capilar é muito pequena O espessamento da barreira sangue / gás pode impedir a difusão de O2 , ocorrendo uma diferença mensurável entre o gás alveolar e o sangue capilar final. * CAPTAÇÃO DE O2 AO LONGO DO CAPILAR O exercício intenso em altas altitudes leva a um comprometimento da difusão de O2. O Exercício reduz o tempo disponível do O2 para a troca. Em Altas altitudes o O2 move-se de forma mais lenta, pois o gradiente de pressão é menor. * * FLUXO SANGÜÍNEO ATRAVÉS DA PRESSÃO * FLUXO SANGÜÍNEO PRESSÃO TRANSMURAL: É a diferença de pressão entre o lado de fora e o dentro dos vasos. A pressão média na artéria pulmonar é cerca de 15 mmHg. Os capilares pulmonares tendem a colapsar-se ou distender-se dependendo das pressões dentro e em torno deles. * * FLUXO SANGÜÍNEO Vasos alveolares: Estão nos cantos das paredes alveolares. Seu calibre é determinado pela pressão alveolar e a pressão dentro deles. Vasos extra alveolares: Artérias e veias que percorrem o parênquima pulmonar. Seu calibre é determinado pelo volume pulmonar. * * FLUXO SANGÜÍNEO RESISTÊNCIA VASCULAR PULMONAR * FLUXO SANGÜÍNEO RESISTÊNCIA VASCULAR PULMONAR A resistência vascular pulmonar ( RVP ) é cerca de 1/10 da resistência na circulação sistêmica, devido seus aspectos estruturais. Circulação sistêmica (alta resistência), presença de arteríolas musculares. Circulação pulmonar (baixa resistência), vasos com paredes finas e pouca musculatura. * FLUXO SANGÜÍNEO RESISTÊNCIA VASCULAR PULMONAR A resistência é diretamente proporcional ao comprimento e inversamente proporcional ao raio. A RVP pode tornar-se ainda menor frente a um aumento da pressão arterial ou venosa pulmonar por dois mecanismos: RECRUTAMENTO DISTENSÃO * * FLUXO SANGÜÍNEO RESISTÊNCIA VASCULAR PULMONAR O recrutamento aumenta a área de superfície de troca e pode reduzir o espaço morto alveolar. Altos volumes pulmonares promovem baixa resistência nos vasos extra alveolares. Baixos volumes pulmonares elevam a resistência nos vasos extra alveolares, pela presença de musculatura lisa e tecido elástico. * * DISTRIBUIÇÃO DO FLUXO SANGÜÍNEO * DISTRIBUIÇÃO DO FLUXO SANGÜÍNEO O fluxo sangüíneo é maiornas regiões dependentes da gravidade. Na posição vertical o fluxo sangüíneo aumenta linearmente do ápice para a base do pulmão. A distribuição do fluxo é afetada pela alteração da postura e do exercício. Nas regiões com maiores fluxos a resistência é menor devido ao recrutamento e a distensão. * * * CONTROLE ATIVO DA CIRCULAÇÃO VASOCONSTRIÇÃO PULMONAR HIPÓXICA * CONTROLE ATIVO DA CIRCULAÇÃO VASOCONSTRIÇÃO PULMONAR HIPÓXICA Ocorre quando há uma redução da PO2 alveolar. O Fluxo de sangue é levado para longe das regiões hipóxicas do pulmão pela contração das pequenas arteríolas na região através da liberação de uma substância vasoativa. A hipercapnia alveolar também produz vasoconstrição pulmonar. * * BALANÇO HÍDRICO DO PULMÃO * BALANÇO HÍDRICO DO PULMÃO PRESSÃO HIDROSTÁTICA: Força que tende a impulsionar líquido para fora do capilar. PRESSÃO COLOIDOSMÓTICA: Força que tende a tracionar líquido para dentro do capilar. * BALANÇO HÍDRICO DO PULMÃO LEI DE STARLING: Rege a troca de líquidos através do capilar. A pressão capilar é maior que a intersticial, jogando o líquido do capilar para o interstício. Do interstício o líquido se acumula no espaço perivascular e peribronquico, onde existem vasos linfáticos. * BALANÇO HÍDRICO DO PULMÃO Edema intersticial: Causado pelo acúmulo do líquido nos espaços peribronquicos e perivasculares. Edema alveolar: Quando o líquido acumulado no interstício atravessa o epitélio alveolar. Causas do edema pulmonar: Insuficiência linfática Infecções ou toxinas destroem o endotélio capilar Desequilíbrio nas pressões hidrostáticas e coloidosmóticas * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO A PO2 do ar inspirado é de cerca de 149 mmHg e chega aos alvéolos com cerca de 100 mmHg. 2 processos determinam a PO2 alveolar: Remoção do O2 pelo sangue capilar pulmonar Reenchimento contínuo pela ventilação alveolar * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO A remoção de O2 do pulmão é determinada pela consumo de O2 dos tecidos. A PO2 alveolar é em grande parte determinada pelo nível de ventilação alveolar. A troca gasosa pulmonar prejudicada resultará em elevação na PCO2 tecidual. A PO2 e a PCO2 alveolares são portanto determinadas pela relação entre a ventilação e a perfusão. * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO Causas de hipoxemia: HIPOVENTILAÇÃO DIFUSÃO SHUNT * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO HIPOVENTILAÇÃO: Causa uma PCO2 alveolar e arterial aumentada. Sempre reduz a PO2 alveolar e arterial, exceto com uma mistura enriquecida de O2. * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO Causas de hipoventilação: Drogas que deprimem o estímulo central para os músculos respiratórios. Lesão da parede torácica ou paralisia dos músculos respiratórios. Alta resistência à respiração. * * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO DIFUSÃO: A PO2 entre o gás alveolar e o sangue capilar final pode tornar-se ainda maior quando uma mistura pobre em O2 é inspirada ou do espessamento da barreira sangue – gás. * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO SHUNT: É o sangue que entra no sistema arterial sem passar através das áreas ventiladas do pulmão. Razão pela qual a PO2 do sangue arterial pode ser menor que no gás alveolar. * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO Se a ventilação e o fluxo sangüíneo forem desequilibrados em várias regiões do pulmão, resulta no comprometimento da transferência de O2 e CO2 . A concentração de O2 em qualquer unidade pulmonar é determinada pela relação entre a ventilação e o fluxo sangüíneo. * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO V/Q = Relação de troca gasosa ( débito de CO2 / captação de O2 ) A ventilação aumenta lentamente do ápice para a base do pulmão. O fluxo sangüíneo aumenta rapidamente do ápice para a base do pulmão. A relação V/Q é mais baixa nas regiões pulmonares mais dependentes da força da gravidade que nas regiões superiores. * * * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO V/Q ALTA: A distribuição de O2 torna-se maior em relação à sua remoção, assim como a remoção de CO2 em relação à sua distribuição. PO2 alveolar aumenta e a PCO2 diminui. * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO V/Q BAIXA: A remoção de O2 aumenta em relação à sua distribuição, assim como a distribuição de CO2 aumenta em relação à sua remoção. PO2 alveolar diminui e a PCO2 aumenta. * * RELAÇÃO DE VENTILAÇÃO PERFUSÃO Uma desigualdade de V/Q, torna o pulmão menos eficiente como um trocador de gás. O desequilíbrio de V/Q deve causar ao mesmo tempo hipoxemia e hipercapnia. O exercício tende a tornar a V/Q mais homogênea. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA A etapa final da troca gasosa entre o ambiente externo e os tecidos é o transporte de O2 e de CO2 entre os pulmões e o sangue. O Oxigênio é transportado no sangue sob duas formas: DISSOLVIDO COMBINADO COM A HEMOGLOBINA * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA OXIGÊNIO DISSOLVIDO: Obedece a Lei de Henry, isto é, a quantidade dissolvida é proporcional a pressão parcial. A PO2 plasmática determina a quantidade de O2 que se liga à hemoglobina nos eritrócitos. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA OXIGÊNIO COMBINADO COM A HEMOGLOBINA: A hemoglobina é composto por ferro-porfirina que é ligado à proteína globina que consiste em quatro cadeias polipeptídicas. A hemoglobina combina-se rapidamente e de modo reversível com o O2. Essa reversibilidade é que permite que o O2 seja liberado para os tecidos. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA A quantidade de O2 transportada pela hemoglobina aumenta rapidamente até uma PaO2 de 50 mmHg, mas acima disso a curva torna-se achatada. Saturação de Oxigênio ( SpO2): É a quantidade / percentagem de oxiemoglobina no sangue circulante. * * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO O2: Determina a força da ligação da hemoglobina com as moléculas de oxigênio. A porção aplanada superior da curva mostra que mesmo se a PO2 no gás alveolar cair um pouco, o carregamento de O2 será pouco afetado. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO O2: A parte inferior bem inclinada da curva mostra que os tecidos periféricos podem retirar grandes quantidades de O2 com apenas uma pequena queda na PO2 capilar. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO O2: Desvio para a direita: Por aumento na concentração de H+, CO2, temperatura, e 2,3 dpg nos eritrócitos. Um desvio para direita significa mais descarregamento de O2 para os tecidos. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO O2: Desvio para a esquerda: Por diminuição na concentração de H+, CO2, temperatura, e 2,3 dpg nos eritrócitos. * * * * * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA O 2,3 dpg ( difosfoglicerato ) é produzido pelos eritrócitos e está presente em concentrações altas nas células. O 2,3 dpg liga-se a hemoglobina nos eritrócitos, diminuindo a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. Na hipóxia crônica ( altas altitudes e doenças pulmonares crônicas ) há um aumento na produção do 2,3 dpg, permitindo que mais O2 seja liberado da hemoglobina. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA Causas de hipóxia tecidual: Baixa PO2 no sangue arterial ( hipóxia hipóxica) Ex. Doença pulmonar crônica Capacidade reduzida do sangue de transportar O2 ( hipóxia anêmica) Ex. anemia e envenenamento por CO2. * TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA Causas de hipóxia tecidual: Uma redução no fluxo sangüíneo tecidual ( hipóxia circulatória ), Ex. choque ou obstrução local Alguma substância tóxica que interfira com a capacidade dos tecidos de utilizarem O2 disponível ( hipóxia histotóxica )* TRANSPORTE DE GÁS A PERIFERIA O transporte de CO2 ocorre sob três formas: Dissolvido no sangue Combinado com a hemoglobina Como bicarbonato ( HCO-3) * TRANSPORTE DE CO2 Esquema da captação de CO2 e liberação de O2 nos capilares sistêmicos. Eventos opostos ocorrem nos capilares pulmonares. * * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO Complacência pulmonar: É a alteração de volume por unidade de alteração de pressão Indica a facilidade com que algo pode ser distendido. Elasticidade: É a tendência de algo opor-se a distensão e de retornar a sua forma normal. * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO Curva pressão - volume: Histerese: As curvas que o pulmão obedece durante a inspiração e a expiração são diferentes. Tensão superficial: É a força / tendência de colabamento alveolar. * * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO Surfactante: Reduz a tensão superficial nos alvéolos, prevenindo atelectasia Aumenta a complacência do pulmão Reduz o trabalho de expansão pulmonar a cada respiração, diminuindo a retração elástica do pulmão. Mantém os alvéolos secos, reduzindo a pressão hidrostática no tecido fora dos capilares. * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO O ar move-se para o interior e o exterior dos alvéolos através da pressão transmural. Pressão transmural: É o gradiente de pressão entre a atmosfera e os alvéolos. Definida como a diferença entre a pressão intrapleural e a alveolar e dela depende da distensão dos alveolos durante a inspiração. Quanto maior a pressão transmural, maior o volume pulmonar. * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO No repouso a pressão intrapleural é de – 5 cmH2O e a pressão alveolar é de zero. A ocorrência do fluxo inspiratório é devido a queda na pressão alveolar, estabelecendo a pressão de impulsionamento. A medida que o pulmão expande ocorre um aumento de seu recuo elástico e a pressão intrapleural cai. * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO Ao final da expiração, o pulmão e a parede torácica atuam em direção oposta: Redução do volume pulmonar pela retração elástica das paredes alveolares. Aumento da parede torácica pela retração elástica externa. * * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO O pulmão é mais fácil de inflar a baixos volumes. A base possui pequeno volume de repouso, por isso se expande bem na inspiração. O ápice possui um grande volume de repouso e uma pequena alteração de volume com a inspiração. * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO Resistência das vias aéreas: Fluxo laminar: Bronquíolos terminais Fluxo turbulento: Traquéia Fluxo transicional: Restante da árvore brônquica. * * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO Baixos volumes pulmonares aumentam a resistência das vias aéreas. Em baixos volumes pulmonares as pequenas vias aéreas podem fechar-se completamente, principalmente nas bases dos pulmões. Uma queda na PCO2 alveolar causa aumento da resistência das vias aéreas, por ação direta no músculo liso bronquiolar. * MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO A contração do músculo liso brônquico estreita as vias aéreas e aumenta a resistência. A quantidade de ventilação depende da complacência e da resistência. Quanto maior a resistência das vias aéreas e a velocidade do fluxo inspiratório maior o trabalho respiratório. * CONTROLE DA VENTILAÇÃO O sistema de controle respiratório é composto por três elementos básicos: SENSORES CONTROLADOR CENTRAL EFETORES * CONTROLE DA VENTILAÇÃO Sensores: Captam a informação e transmitem para o controlador central. Controlador Central: Coordena a informação e envia impulsos para os efetores. Efetores: Músculos respiratórios que causam a ventilação. * CONTROLADOR CENTRAL Tronco cerebral: Formado pela ponte e bulbo, contém o centro respiratório. Centro respiratório bulbar: Grupo respiratório dorsal ( inspiração ) Grupo respiratório ventral ( expiração ) * CONTROLADOR CENTRAL Centro apnêustico: Localizado na parte inferior da ponte, exerce um efeito excitatório sobre a área inspiratória do bulbo. Centro pneumotáxico: Localizado na parte superior da ponte. Regula o volume da inspiração e a freqüência respiratória. Córtex: Pode dominar a função do tronco cerebral até certos limites. * SENSORES Os mais importantes localizam-se na porção ventral do bulbo, na saída dos nervos IX e X. Quimiorreceptores: São sensores que respondem a uma alteração química do sangue ou de outro fluído em torno de si. * QUIMIORRECEPTORES CENTRAIS Rodeados pelo líquido extracelular, são sensíveis a alteração na concentração de H+. O líquido extracelular é composto pelo líquido cefaloraquidiano (LCR) e pelo sangue. Aumento na [H+] estimula a ventilação Diminuição na [H+] inibe a ventilação * QUIMIORRECEPTORES CENTRAIS A concentração de CO2 regula a ventilação pelo seu efeito sobre o pH do LCR. O aumento do PCO2 no sangue faz com que este se difunda para o LCR a partir dos vasos sangüíneos cerebrais, liberando H+ que estimulam os quimiorreceptores. * QUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS Respondem principalmente a diminuição na PaO2 Localização: Corpúsculos carotídeos da artéria carótida Corpúsculos aórticos no arco aótico * RECEPTORES PULMONARES Receptores ao estiramento pulmonar: Localizado nos músculo liso das vias aéreas A estimulação destes receptores causa um retardamento da F.R. por um aumento no tempo expiratório. Conhecido como “Reflexo de inflação pulmonar de Hering-Breuer.” * RECEPTORES PULMONARES Receptores a Irritantes: Localizados nas células epiteliais das vias aéreas Sensível a gases nocivos, fumaça de cigarro, poeira, ar frio. Podem levar a broncoconstrição. * RECEPTORES PULMONARES Receptores J ( justacapilar): Localizam-se nas paredes alveolares junto dos capilares. Respondem rapidamente a substâncias químicas injetadas na circulação pulmonar. O ingurgitamento dos capilares pulmonares e aumento no volume do líquido intersticial da parede alveolar ativam estes receptores. * OUTROS RECEPTORES Receptores nas Articulações e Músculos: Impulsos dos membros em movimento são parte do estímulo para a ventilação no exercício. Barorreceptores Arteriais aórtico e carotídeo: Um aumento na pressão arterial pode causar hipoventilação ou apnéia, a diminuição na pressão arterial pode causar hiperventilação. Dor e temperatura: Dor: apnéia seguida de hiperventilação Temperatura: Aumento desta pode causar hiperventilação.
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