Aula 1 Fisiologia Respiratoria Med 2013 01

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Introdução 
fisiologia respiratória
Prof. Remo de Castro Russo
Laboratório de Imunologia e Mecânica Pulmonar
Dep. de Fisiologia e Biofísica
Bloco D4, sala 246
remo@ufmg.br
O estudo da Fisiologia da Respiração
pode ser dividido em quatro grandes eventos 
funcionais:
1- a ventilação pulmonar, que é a renovação
cíclica do gás alveolar pelo ar atmosférico;
2- a difusão do oxigênio (O2) e do dióxido de
carbono (CO2) entre os alvéolos e o sangue;
3- o transporte, no sangue e nos líquidos
corporais, do O2 (dos pulmões para as células)
e do CO2 (das células para os pulmões);
4- o sistema de controle da regulação da
ventilação e de outros aspectos na respiração.
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10-1
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10-4
Data (milhões)
4000 3000 2000
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Estromatolites
Cinobactérias
Células 
eucarióticas
Metazoários 
Plantas terrestres 
Animais terrestres 
Mamíferos 
A primeira lei de Fick 
descreve o fluxo 
líquido de difusão de 
um gás respiratório 
(O2 ou CO2), de uma 
região para outra em 
uma dimensão, como 
por exemplo, entre 
dois lados de uma 
membrana.
Equação de Fick
J = - D A (C2-C1)/x
J = fluxo de gases;
D = coeficiente de difusão;
A = área através da qual ocorre difusão;
C2- C1 = gradiente de concentração;
X = espessura através da qual ocorre difusão.
O transporte de gases respiratórios se dá por difusão!
A convecção aumenta a 
difusão ao produzir gradientes 
mais abruptos ao longo da 
barreira de difusão!
“Convecção é o transporte de substâncias em massa ou em bloco”(Joaquim 
Procópio, 2009).
“Convecção é a forma de transferência de calor em que a transferência de 
energia térmica é dada pelo movimento de um fluido” (Whiters, 1992).
O surgimento dos 
sistemas respiratório (ou 
ventilatório) e circulatório 
adicionaram dois pontos 
de convecção na via de 
transferência do oxigênio 
da atmosfera até as 
mitocôndrias.
O surgimento de sistemas de 
convecção permitiu à vida a 
evolução de formas de 
organismos maiores, mais 
complexas e mais ativas!
Sistema Respiratório: Principais funções
Processos fisiológicos pulmonares
 Extração de O2 do ambiente e eliminação de CO2
 Transporte gasoso pelo sangue e difusão
 Controle da ventilação/perfusão e do equilíbrio ácido-base 
 Interface
 Defesa
Consideração Inicial
 As células do organismo humano são essencialmente aeróbias.
 Não há reserva de O2 no organismo.
ESTÁGIOS DA RESPIRAÇÃO
 Trocas gasosas (atmosfera / sangue / tecido
metabolicamente ativo);
 Respiração celular (reações metabólicas ->
O2 como aceptor de elétrons / liberação de
CO2 e energia).
Ventilação / 
mecânica
Troca de O2 e CO2
entre pulmões e 
sangue
Transporte pelo sangue / 
Trocas entre sangue e células
Respiração
Processo cíclico de movimento de ar para dentro e 
para fora dos pulmões:
INSPIRAÇÃO = aumento da caixa torácica
EXPIRAÇÃO = diminuição da caixa torácica
PULMÕES IN SITU
http://www.meddean.luc.edu/lumen/MedEd/medicine/pulmonar/cxr/cxrl5.htm
• Músculos
• Ossos
• Articulações
 Motores
 Bronquíolos terminais
 Alvéolos
 Difusores
Componentes pulmonares
 Condutores
 Nariz/Boca
 Traquéia
 Laringe 
 Brônquios
 Bronquíolos terminais
http://www.anselm.edu/homepage/jpitocch/genbio/inhalexhale.JPG
 Processo rítmico 
inconsciente
 Contração múscular 
esquelética da caixa 
torácica
 Controlado pelo SNC
Centro respiratório
Parte Motora
Músculos respiratórios – produzem força motriz para a ventilação
Músculos da inspiração
1. Diafragma
2. Intercostais externos
3. Paraesternal
4. Escaleno
5. Esternocleidomastoideo
1. Intercostais internos
2. Abdominais 
(reto, transverso, oblíquo)
Músculos da expiração
Movimentos respiratórios
- Processo ativo
- Contração músculos. inspiratórios
- ↑ Volume da caixa torácica
Inspiração
- Em repouso: processo passivo
- Expiração forçada: contração de 
músculos. expiratórios
Expiração
- Padrão automático, rítmico, 
involuntário
- Gerador central no tronco cerebral
- Modulação voluntariamente
Ciclo respiratório
ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS
WEST 2002
Parte Condutora
• Nariz / boca
• Traquéia
• Laringe 
• brônquios
• Bronquíolos terminais
CORRELAÇÕES ESTRUTRAIS E FUNCIONAIS DOS 
PULMÕES
 Repetidas divisões da árvore respiratória 
-> ↑ área total de superfície
1.Transporte do ar
2. Acondicionamento do ar:
- Filtração
- Umidificação
- Ajuste de temperatura
Zona condutora
1. Ocorrem trocas gasosas
2. Área: 70-100 m2
Zona respiratória (unidade 
fisiológica)
•Função: conduzir, aquecer, umidecer e filtrar
•Células ciliadas
•Músculo liso:
Receptores 2
Relaxamento e 
dilatação das vias
Epinefrina, 
Isoproterenol, 
albuterol
Receptores 
muscarínicos
Contração e 
constrição das vias
SNAs SNAp
Zona Condutora
Parte Difusora
• Bronquíolos 
terminais
• alvéolos
ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS
ZONA DE CONDUÇÃO - ZONA DE RESPIRAÇÃO
WEIBEL 1963
Componentes pulmonares
http://depts.washington.edu/envh/lung.html
Berne et al, 
2004
http://trc.ucdavis.edu/mjguinan/apc100/modules/Respiratory/lung/lung6/lung3.
html
Burns, AR. et al. Physiol Rev. 2003;83(2):309-36.
 Compartimentalização
pulmonar
Componentes pulmonares
 Estrutura
Componentes pulmonares
Células que produzem surfactante
http://www.biology.eku.edu/RITCHISO/301notes6.htmBurns, AR. et al. Physiol Rev. 2003;83(2):309-36.
 Superfície epitelial das vias aéreas
SURFACTANTE PULMONAR
É UM FOSFOLIPÍDIO, SENDO A DIPALMITOIL-FOSFATIDILCOLINA
UM DOS PRINCIPAIS COMPONENTES (DPPC).
O DPPC É SINTETIZADO NOS PULMÕES A PARTIR DE ÁCIDOS GRAXOS 
NOS PNEUMÓCITOS TIPO II.
PRINCIPAIS AÇÕES DO SURFACTANTE
DETERMINA O AUMENTO DA COMPLACÊNCIA
PROMOVE A ESTABILIDADE ALVEOLAR
AJUDA A MANTER O ÁLVEOLO SECO
http://oac.med.jhmi.edu/res_phys/Encyclopedia/Surfactant/Surfactant.HTML
Burns, AR. et al. Physiol Rev. 2003;83(2):309-36.
Componentes pulmonares
Burns, AR. et al. Physiol Rev. 2003;83(2):309-36.
Componentes pulmonares
 Compartimento vascular
Neutrófilo = 6-8μm
Capilar alveolar = 2-15μm
Burns, AR. et al. Physiol Rev. 2003;83(2):309-36.
Componentes pulmonares
 Interface
 Somando a área de superfície de todos os alvéolos (300
milhões) tem-se uma área de 80 a 100 m2.
 Essa área é igualmente suprida 
com sangue, ou seja, tem-se a 
mesma área de capilares.
 Funciona como barreira física. 
Componentes pulmonares
Resin cast of pulmonary arteries and airwaysResin cast of pulmonary veins and airways
 Interface
Componentes pulmonares
 Defesa
 Interface:
 Primeira linha de contato contra
 Patógenos
 Alérgenos
 Substâncias irritantes
 BALT: Bronchus associated lymphoid tissue
Componentes pulmonares
Processos fisiológicos pulmonares
 Extração de O2 do ambiente e eliminação de CO2
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
Propriedades elásticas
Pulmão
Parede torácica
fibras elásticas e colágenas
tensão superficial 
(surfactante)
Propriedades resistivas
Pulmão
Parede torácica
vias aéreas
tecido pulmonar
A pressão motriz do sistema respiratório (gerada pela
contração muscular durante a inspiração) precisa
vencer forças elásticas e resistivaspara conseguir
encher os pulmões 
Pressão Pleural
Pressão Pleural
• Trata-se da pressão NEGATIVA do líquido 
pleural, responsável por impedir o 
colabamento dos pulmões
Pneumotórax é a quebra da Pressão 
Pleural
Pressão Alveolar
Movimentos Torácicos
O Diafragma Aumenta o Diâmetro 
Vertical, Lateral e Sagital do Tórax
Medidas das funções pulmonares: 
Espirometria
Volumes e capacidades 
pulmonares
Espirômetro
VOLUMES E CAPACIDADES PULMONARES
WEST 2002
• É o volume de ar inspirado ou expirado
durante um ciclo respiratório simples
• O VC de um adulto jovem, em repouso,
corresponde a, aproximadamente, 500ml
VC - Volume Corrente
VRI - Volume de Reserva Inspiratória
• É a quantidade de ar que pode ser inalado
além do que está no ciclo de volume corrente
• Em estado de repouso o VRI varia entre 1500
à 2500ml
VRE - Volume de Reserva Expiratória
• É a quantidade de ar que pode ser expirado
forçosamente depois da expiração normal ou
passiva
• Em um adulto jovem o VRE varia DE 1500 à
2000ml
VR - Volume Residual
• É a quantidade de ar que permanece nos
pulmões e nas vias aéreas mesmo depois da
expiração máxima
• Uma quantidade considerável de ar não pode
ser expelida mesmo com esforço máximo, pois
os pulmões estão firmemente ligados às
paredes do tórax
• Os volumes pulmonares são valores isolados,
ou seja, nenhum deles inclui outro e eles não
se sobrepõem
• As capacidades pulmonares incluem dois ou
mais volumes pulmonares
CI – Capacidade Inspiratória
• É o volume máximo de ar que pode ser
inspirado a partir do nível expiratório de
repouso.
• É igual ao volume corrente mais o volume de
reserva inspiratória (VC + VRI)
CV – Capacidade Vital
• É a quantidade de ar que pode ser expirado
depois de uma inspiração máxima.
• É a soma do volume corrente, do volume de
reserva inspiratória e o volume de reserva
expiratória (VC + VRI + VRE)
• Em adultos do sexo masculino a CV varia de 
3500 cm3 a 5000 cm3. Os valores variam de 
acordo com o tamanho geral do corpo tanto 
na estatura como no peso.
CRF – Capacidade Residual Funcional
• É a quantidade de ar nos pulmões e nas vias
aéreas no nível de repouso expiratório.
• É a soma do volume de reserva expiratória e o
volume residual (VRE + VR).
• Em adultos jovens do sexo masculino a CRF
dá-se em torno de 2300 cm3
CPT – Capacidade Pulmonar Total
• É a quantidade de ar que os pulmões são
capazes de manter na altura da inspiração
máxima.
• É a soma de todos os volumes pulmonares.
VALORES-PADRÃO DE VOLUMES PULMONARES:
COMPARAÇÃO ENTRE HOMENS E MULHERES
(< 20-25%)
• A maioria dos volumes e das capacidades
pulmonares diminui quando o individuo está
deitado em vez de sentado, pois as vísceras
abdominais fazem pressão para cima contra o
diafragma e o volume sanguíneo pulmonar
aumenta fazendo com que diminua o espaço
disponível para o ar
Ventilação Pulmonar = volume 
corrente x frequência respiratória
VP = 500 ml/resp. x 12 
ciclos/minuto = 6,0 litros/minuto
VOLUMES
PULMONARES
Nem todo o ar 
mobilizado na 
ventilação 
pulmonar será 
eficáz para a troca 
gasosa = espaço 
morto
Espaço
Morto
Nem todo o ar 
mobilizado na 
ventilação 
pulmonar será 
eficaz para a troca 
gasosa = espaço 
morto
Ar morto
• O ar que fica nas vias aéreas sem contribuir
com o oxigênio para o sangue e nem o dióxido
de carbono é chamado de ar morto, ou seja, o
ar que foi o último a ser inalado e o primeiro a
ser exalado durante a respiração
VT VA = VT - Vm
VA
Vm
VT: volume corrente
VA: volume alveolar
Vm: espaço morto anatômico
(não participa da troca gasosa)
Conceito de espaço 
morto anatômico
Ventilação Alveolar = (volume 
corrente – volume do espaço morto) 
x frequência respiratória
VA = (500 ml – 150ml) x 12 
ciclos/minuto = 4,2 litros/minuto
PRESSÕES DURANTE O CICLO RESPIRATÓRIO
WEST 2002
http://www.lib.mcg.edu/edu/eshuphysio/program/section4/4ch3/s4ch3_4.htm
O CICLO RESPIRATÓRIO
http://www.lib.mcg.edu/edu/eshuphysio/program/section4/4ch3/s4ch3_4.htm
O CICLO RESPIRATÓRIO
O CICLO RESPIRATÓRIO
http://www.lib.mcg.edu/edu/eshuphysio/program/section4/4ch3/s4ch3_4.htm
http://www.lib.mcg.edu/edu/eshuphysio/program/section4/4ch3/s4ch3_4.htm
O CICLO RESPIRATÓRIO
http://www.lib.mcg.edu/edu/eshuphysio/program/section4/4ch3/s4ch3_4.htm
O CICLO RESPIRATÓRIO
CONCEITO DE COMPLACENCIA PULMONAR
Complacencia é o grau de expansão dos pulmões
para cada unidade de aumento de pressão 
transpulmonar.
Compliância descreve a distensibilidade pulmonar 
Adulto normal: 200 ml/cmH2O, ou seja, cada vez que a 
pressão transpulmonar aumenta em 1cmH2O, a 
expansão pulmonar é de 200ml.
WEST 2002
CURVA PRESSÃO-VOLUME PULMONAR
COMPLACÊNCIA
 Doenças inflamatórias crônicas
 Alterações irreversíveis na 
arquitetura pulmonar
 Modificação funcional da 
mecânica pulmonar
Implicações fisiopatológicas
Fibrosis/emphysema pressure/volume curve. Berne et al., 2004
Complacência pulmonar 
 Podem ser desencadeadas 
por componentes 
moleculares, geralmente 
decorrentes do processo 
inflamatório
COMPLACÊNCIA PULMONAR =
___________ V mL
 P cmH2O
COMPLACÊNCIA PULMONAR NO ADULTO = 200mL/cmH2O
DIMINUEM A COMPLACÊNCIA PULMONAR
FIBROSE PULMONAR
EDEMA ALVEOLAR
ATELECTASIA
TAMANHO DO PULMÃO
AUMENTAM A COMPLACÊNCIA PULMONAR
ENFISEMA PULMONAR
PULMÃO DO IDOSO NORMAL
TAMANHO DO PULMÃO
SURFACTANTE
Fibrosis/emphysema pressure/volume curve. Berne et al., 2004
Implicações fisiopatológicas
 Enfisema pulmonar
 Liberação de mediadores 
inflamatórios e proteases
 Inflamação neutrofílica e 
macrofágica persistente 
causada pela exposição ao 
cigarro 
 Patologia crônica com 
destruição tecidual dos 
pulmões o que os torna 
hiperinsuflados
Marwick JA. et. al Ther Adv Respir Dis. 2010 Feb;4(1):19-34.
Implicações fisiopatológicas
 Asma
 Crises se manifestam devido ao 
edema da mucosa brônquica e a 
contração da musculatura lisa das vias 
aéreas
 Resulta na obstrução no fluxo de 
ar 
Fibrosis/emphysema pressure/volume curve. Berne et al., 2004
Complacência pulmonar 
 Asma
Implicações fisiopatológicas
 Doença inflamatória crônica das vias 
aéreas
Marwick JA. et. al Ther Adv Respir Dis. 2010 Feb;4(1):19-34.
 Espessamento do interstício 
pulmonar
 Modificação funcional da 
mecânica pulmonar
Implicações fisiopatológicas
 Fibrose pulmonar
Fibrosis/emphysema pressure/volume curve. Berne et al., 2004
Complacência pulmonar 
 Fibrose pulmonar
Implicações fisiopatológicas
Wilson MS. et al. Mucosal Immunol. 2009 Mar;2(2):103-21.
Reparo não funcional por 
tecido conjuntivo
FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO - QUESTÕES GRUPO DE DISCUSSÃO (GD)
1. Considerando-se um indivíduo ao nível do mar, ao final de uma inspiração normal, quais os valores de 
pressão intra-pleural, pressão alveolar e pressão transpulmonar em mmHg?
2. Ao final de uma expiração forçada, em quais direções os pulmões e a parede torácica tendem a se 
mover, e o que os impede de realizar este movimento? Que capacidade pulmonar representa o volume 
pulmonar nesta situação?
3. Quais os 2 principais fatores que determinam a complacência pulmonar? Com o surfactante altera a 
complacência pulmonar? Para respirar adequadamente, um indivíduo que não produz surfactante deverá 
produzir qual alteração na pressão intra-pleural em comparação a uma situação normal?
4. Considerando os valores de volume corrente (Vc; mL) e frequência respiratória (Fr; ciclos/min) 
apresentados, e sendoo volume do espaço morto anatômico de 150 mL, determine qual dos 3 indivíduos 
apresenta maior ventilação alveolar. A: Vc = 150, Fr = 40; B: Vc = 500, Fr = 12; C: Vc = 1000, Fr = 6.
5. Um indivíduo submete-se a um estudo de medida de volume pulmonar pelo método de diluição de gás 
hélio. O teste inicia-se ao final de uma expiração normal e o volume do espirômetro é de 4 L. A fração de hélio 
no espirômetro é de 0,05 no início do teste, e de 0,03 após entrar em equilíbrio com o volume dos pulmões. De 
acordo com as medidas do espirômetro, o indivíduo possui capacidade vital de 5 L e volume de reserva 
expiratório de 2L. Determine os valores de capacidade residual funcional (CRF), volume residual (VR), e 
capacidade pulmonar total (CPT). 
6. A doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) engloba a asma, a bronquite crônica e o enfisema, 
condições nas quais o fluxo de ar é obstruído, seja por produção excessiva de muco (bronquite), espasmos 
brônquicos (asma) e colapso das vias aéreas na expiração (enfisema). Explicar o fato do colapso das vias 
aéreas ser mais distal à traqueia por modificação do ponto de igual pressão no enfisematoso.