Fisiologia Respiratória

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Estudo da Fisiologia Humana
Fisiologia Respiratória
Prof. Ms. Afif Rieth Nery Aguiar
Mestre em Ciências e Saúde
Especialista em Fisioterapia Hospitalar
Especialista em Saúde da Família
1
A Respiração
• Respiração celular
– Utilização do O2 para produção
de energia, o qual produz CO2
como subproduto
• Respiração pulmonar
– Troca gasosa de através dos
movimentos de inspiração e
expiração
2
Sistema Respiratório: Vias Aéreas
• Vias aéreas superiores
– Nariz e cavidade nasal
– Nasofaringe, laringe e terço superior da traqueia
• Vias aéreas inferiores
– Dois terços inferiores da traqueia
– Brônquios e árvore brônquica (bronquíolo terminal)
– Bronquíolos respiratórios
– Ductos e sacos alveolares
– Alveólos
3
Sistema Respiratório: Vias Aéreas
• Vias aéreas de condução
– VAS e traqueia
– Brônquios e bronquílos
– Bronquíolo terminal
• Vias aéreas de respiração
– Bronquíolos respiratórios
– Ductos e sacos alveolares
– Alveólos
4
Funções do Pulmão
Metabolismo de alguns 
componentes
Filtro de materiais indesejáveis 
provenientes da circulação
Reservatório de sangue
5
Troca gasosa
Interação de outras Funções com a 
Respiração
• Vocalização
• Deglutição
• Regulação térmica
• Vômito
• Micção
• Defecação
• Parto
• Sono
• Emoções (choro)
6
Fisiologia Respiratória
Ventilação Pulmonar
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Especialista em Saúde da Família
7
Ventilação Pulmonar
• Prover oxigênio aos tecidos e
remover o dióxido de carbono
– Ventilação pulmonar
– Difusão dos gases
– Transporte de gases
– Regulação da respiração
8
Ventilação Pulmonar: Mecânica Respiratória
9
Mecânica Respiratória: Inspiração
• Músculos respiratórios são responsáveis pela
movimentação da caixa torácica
10
Braço de bomba Alça de balde
Pressões Pulmonares
Causam o movimento do ar
Pressão pleural
Pressão do líquido entre as 
pleuras
Pressão alveolar
Pressão do ar no interior dos 
alvéolos
Pressão transpulmonar
Diferença de pressão entre os 
alvéolos e a superfície externa 
dos pulmões
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Propriedade do Sistema Respiratório
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Especialista em Fisioterapia Hospitalar
Especialista em Saúde da Família
12
Forças Elásticas do Pulmão
• Em condições normais as pleuras estão em contato, onde
uma desliza sobre a outra sendo necessário uma força
considerável para separá-las
• A manutenção do contato entre as pleuras é a essência da
expansão pulmonar
– 2 forças unem as pleuras
• Pressão atmosférica
• Pressão alveolar
– 2 forças separam as pleuras
• Pressão torácica e a pressão pulmonar
13
Ruptura do Sistema de Forças
• Qualquer fator que quebre o equilíbrio do sistema de
forças
• Distúrbios respiratórios
– Pneumotórax: lesão externa (faca) ou ruptura interna
– Derrame pleural: acúmulo de líquido
14
Complacência Pulmonar
• Complacência pulmonar
– Mudança de volume
por unidade de
alteração de pressão
– C = 200 ml/cmH2O
15
Complacência Pulmonar
• Forças elásticas do
tecido pulmonar
propriamente dito
– Elastina e colágeno
• Forças elásticas
causadas pela tensão
superficial do líquido
que reveste os alvéolos
16
Complacência Pulmonar
17
Forças elásticas 
teciduais que tendem 
a colapsar o pulmão 
preenchido por ar 
representam apenas um 
terço da elasticidade 
total pulmonar enquanto 
que as forças de 
tensão superficial
representam dois 
terços da elasticidade 
total pulmonar
Complacência Pulmão-Caixa Torácica
• Chamada de complacência total
• Medida durante a expansão dos pulmões com a pessoa
relaxada e paralisada
• Pulmão isolado é mais fácil de insuflar
• Pulmão-caixa torácica requer duas vezes mais pressão
– Complacência menor
– Pulmão quase vazio (condições colapso pulmonar)
– Pulmão hiperinsuflado (condições de aprisionamento de ar)
18
Tensão Superficial
• Força que atua através da superfície de um líquido
• Contribui em grande parte com a força de recuo elástico
dos pulmões
• Surfactante: diminui a tensão superficial no alvéolo
19
Surfactante
• Agente ativo de superfície na água formado pelas células
alveolares epiteliais tipo II
• Mistura de fosfolipídios, proteínas e íons
– Dipalmitoilfosdatidilcolina
– Apoproteínas do surfactante
– Ca++
• Tensão superfical
– Água pura = 72 dinas/cm
– Alvéolo sem surfactante = 50 dinas/c,
– Alvéolo com surfactante = 5-30 dinas/cm
20
Quais as vantagens fisiológicas do 
surfactante?
21
• Aumenta a complacência pulmonar
• Diminui o trabalho da respiração
• Reduz a pressão hidrostática no tecido fora dos capilares
Como o surfactante diminui a tensão superficial?
• Molécula anfótera
– Extremidade hidrofílica
– Extremidade hidrofóbica
Resistência ao Fluxo de Ar
• A diferença de pressão depende da
velocidade e do padrão de fluxo
– Fluxo laminar (Re ≈ 2000)
– Fluxo turbulento (Re > 4000)
22
Ponto de Maior Resistência das Vias 
Aéreas
23
Área de Secção Transversa
24
Fatores que Afetam a Resistência 
das Vias Aéreas
Volume pulmonar
Densidade e viscosidade do gás
Músculo liso brônquico
Edema nas paredes
Acúmulo de muco (secreção)
Contração do músculo liso brônquico
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Fatores que Afetam o Diâmetro Bronquiolar
Músculo liso brônquico
• Ação simpática
– Broncodilatação: epinefrina (receptores β-adrenérgicos)
• Ação parassimpática
– Broncoconstricção: acetilcolina
– Irritantes: fumaça de cigarro
• Constrição por fatores locais
– Histamina e substância de reação lenta da anafilaxia
– Cigarro e poeira
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Trabalho da Respiração
Trabalho elástico ou da complacência
Expandir os pulmões contra as forças elásticas do pulmão e 
da caixa torácica
Trabalho da resistência tecidual
Sobrepujar a viscosidade tecidual e de estruturas da parede 
torácica
Trabalho de resistência das vias aéreas
Sobrepujar a resistência aérea ao movimento de ar dentro 
dos pulmões
27
Espirometria: Volumes
e Capacidades Pulmonares
28
Diagrama de Volume e Fluxos Pulmonares
29
Determinação dos Volumes e 
Capacidades Pulmonares
30
• Espirometria
• Método de diluição de
Hélio
• Pletismografia corporal
Abreviaturas e Símbolos da Função 
Pulmonar
31
Ventilação-Minuto
A ventilação-minuto é a quantidade total de ar novo movido 
para o interior das vias respiratórias a cada minuto; ele é igual ao 
volume corrente multiplicado pela frequência 
respiratória por minuto. O volume corrente 
normal é cerca de 500 ml, e a frequência respiratória é 
de aproximadamente 12 respirações por minuto. Portanto, 
a ventilação-minuto é em média de 6 L/mim, 
podendo varia entre 4 a 8 L/mim
32
VM = FR X VC
Ventilação Alveolar
• Vias aéreas de condução
– VAS e traqueia
– Brônquios e bronquílos
– Bronquíolo terminal
• Vias aéreas de respiração
– Bronquíolos respiratórios
– Ductos e sacos alveolares
– Alveólos
33
Ventilação Alveolar: Espaço Morto
• Nem todo o ar mobilizado
na ventilação pulmonar será
eficaz para a troca gasosa
• O ar do espaço morto é
desvantajoso para remover
os gases expiratórios dos
pulmões
34
Espaço Morto Anatômico e Fisiológico
• Espaço morto 
anatômico
– Ar que não é 
trocado pelos 
alvéolos durante a 
respiração porque 
fica localizado nas 
vias aéreas de 
condução
35
• Espeço morto fisiológico
– Ar que não é trocado porque os alvéolos estão
preenchidos por ar mas não há fluxo sanguíneopelos
capilares pulmonares
Medida do Volume do Espaço Morto
Registro nas alterações 
de Nitrogênio exalado
Mede o volume de todos 
os espaços
Espaço morto 
anatômico
Zona de condução
Espaço morto 
fisiológico
Alvéolo ventilado, sem 
perfusão
36
Reflexo da Tosse
• Estímulo: irritantes na mucosa do epitélio respiratório
• Via aferente: fibras nervosas do nervo vago até o bulbo
– Inspiração profunda: cerca de 2,5 litros
– Fechamento da epiglote e cordas vocais:
aprisionamento de ar
– Contração com força dos músculos expiratórios
– Aumento da pressão pulmonar: fecha vias aéreas
– Abertura súbita das epiglote e cordas vocais
– Expulsão do ar de dentro dos pulmões: explosão
– Rápida saída de ar pelas fendas brônquicas e traqueais
carregando o conteúdo estranho
37
Reflexo do Espirro
• Estímulo: irritação das vias nasais
• Via aferente: nervo trigêmio até o bulbo
• Sequência parecida com o reflexo da tosse
– Inspiração profunda
– Aprisionamento de ar
– Depressão da úvula palatina
– Explosão de ar pelas vias aéreas superiores
38
Circulação Pulmonar
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Especialista em Fisioterapia Hospitalar
Especialista em Saúde da Família
39
Introdução
• Pulmão é um órgão de dupla circulação
– Circulação arterial brônquica
• Alta pressão e baixo fluxo: nutrição do parênquima
– Circulação arterial pulmonar
• Baixa pressão e alto fluxo: oxigenação do sangue
40
Sistema Circulatório Pulmonar
• Vasos pulmonares
– Grande complacência: acomodar o sangue
• Vasos brônquicos
– Nutrem o parênquima pulmonar
• Vasos linfáticos
– Drenam para o ducto torácico direito
– Removem partículas e proteínas
– Previnem o edema pulmonar
41
Pressões Sistema Pulmonar
Pressão arterial pulmonar 
média é em torno de
15 mmHg
Pressão arterial pulmonar 
sistólica e diastólica é de, 
respectivamente,
25 e 8 mmHg
42
Pressão Capilar Pulmonar
43
Volume Sanguíneo dos Pulmões
• Pulmão como reservatório de sangue
– Vasos complacentes que acomodam sangue
– Volume total de cerca de 450 ml
– Quando necessário há desvio de sangue da circulação
pulmonar para a sistêmica
• Doença cardíaca causa represamento de sangue na
circulação pulmonar
– ICC e aumento da resistência ao fluxo sanguíneo na
valva mitral elevam as pressões vasculares pulmonares
– Grande probabilidade de edema pulmonar
44
Distribuição do Fluxo Sanguíneo Pulmonar
• A diminuição do O2 alveolar reduz o fluxo sanguíneo
alveolar local e regula a distribuição do fluxo sanguíneo
pulmonar
– Queda da PAO2 resulta em vasoconstricção vascular
– PaO2 < 73 mmHg
– Distribuir o sangue para o local mais eficiente (troca
gasosa)
– Efeito oposto ao a observado nos vasos sistêmicos
(nutrição)
45
Efeito da Pressão Hidrostática sobre o 
Fluxo Sanguíneo Pulmonar
Diferenças regionais 
da distribuição do fluxo 
sanguíneo pulmonar
Ápice do pulmão
Menos perfusão
Base do pulmão
Maior perfusão
Efeito do exercício (?)
46
Zonas de Fluxo Sanguíneo Pulmonar
47
Zona 1
Estados patológicos
Zona 2
Ápice pulmonar
Zona 3
Bases pulmonares
Ápice pulmonar exercício
Pulmão de paciente em DD
Acomodação do Fluxo Sanguíneo no 
Exercício
• Diminuição da resistência vascular pulmonar
– Aumento do número de capilares abertos
– Distensão de todos os capilares e aumento do fluxo
sanguíneo pulmonar
• Aumento da pressão arterial pulmonar
• Conservar energia no lado direito do coração
• Evitar o desenvolvimento de edema pulmonar
48
Dinâmica Capilar Pulmonar
• Pressão capilar pulmonar: ~7 mmHg
• Tempo de permanência do sangue nos capilares
– DC normal: ~0,8 s
– Exercício: ~0,3 s
• Pressão capilar pulmonar é baixa em relação a sistêmica
• Pressão do líquido intersticial é um pouco mais negativa
que no tecido subcutâneo periférico
• Pressão osmótica dos capilares pulmonares é maior em
relação a sistêmica
• Paredes alveolares finas e frágeis
49
Dinâmica Capilar Pulmonar
50
Dinâmica Capilar Pulmonar
51
Edema Pulmonar
• Presença de líquido no interstício pulmonar e alvéolos
– Elevação da pressão de filtração
– Insuficiência cardíaca esquerda (ICC ou doença mitral)
– Lesões das membranas dos capilares pulmonares
(pneumonia)
• Fator de segurança contra edema pulmonar
– Pressão capilar pulmonar: ~7 mmHg
– Pressão osmótica: ~28 mmHg
– Fator de segurança: ~21 mmHg
• Rapidez da morte no epema pulmonar: 20-30 minutos
52
Líquido na Cavidade Pleural
Líquido mucóide (presença de 
proteínas) que transuda pela 
membrana serosa e porosa da 
pleura
Pressão negativa do líquido 
pleural: bombeamento do 
líquido do espaço pleural pelos 
vasos linfáticos
Derrame pleural
Bloqueio da drenagem linfática
Insuficiência cardíaca
Diminuição da pressão osmótica 
do plasma
infecção
53
Trocas Gasosas
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Mestre em Ciências e Saúde
Especialista em Fisioterapia Hospitalar
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Lei de Dalton
A pressão total de uma mistura de gases é igual a soma da 
pressão de cada componente
Pressões Parciais
• Composição do ar ambiente
– Nitrogênio: 78%
– Oxigênio: 21%
– Gás carbônico: 0,035%
• Pressão atmosférica: 760 mmHg
• Pressão parcial dos gases
– PO2, PN2, PH2Ov
– N2: 600 mmHg
– O2: 160 mmHg
– PH2Ov = 47 mmHg
56
Pressão Parcial de um Gás em uma Solução
• Depende da concentração e do coeficiente de solubilidade
• Segue a Lei de Henry
57
Pressão Parcial do Ar Alveolar
58
Ar Expirado
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Difusão de Gases na Membrana Respiratória
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Especialista em Fisioterapia Hospitalar
Especialista em Saúde da Família
60
Troca Gasosa: Unidade Respiratória
61
Unidade Respiratória
62
Troca Gasosa: Difusão
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Difusão
Lei de Fick
Fatores que Afetam a Velocidade de Difusão
Espessura da membrana 
alvéolo-capilar
Área da membrana
Coeficiente de difusão
Diferença de pressões
Velocidade de reação do 
oxigênio com a hemoglobina
Relação Ventilação-Perfusão
V/Q
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65
Relação Ventilação-Perfusão: V/Q
• Determinam da pressão parcial de um gás
– Taxa de ventilação alveolar
– Taxa de difusão gasosa na membrana respiratória
• Alvéolos sempre ventilados
• Capilares sempre perfundidos
Ventilação em uma parte e perfusão em outra
Angústia respiratória grave
• Relação ventilação-perfusão: relação V/Q
66
Relação V/Q
V/Q abaixo do normal
Baixa ventilação
Perfusão normal
Efeito shunt
67
V/Q acima do normal
Alta ventilação
Baixa perfusão
Espaço morto fisiológico
Anormalidades da Relação V/Q
• Anatomia do pulmão e padrão vascular pulmonar
– Ápice pulmonar
• Pouca ventilação e baixa perfusão
• Alta relação V/Q: espaço morto fisiológico
– Base pulmonar
• Ventilação normal e alta perfusão
• Baixa relação V/Q: shunt fisiológico
• Doença pulmonar obstrutiva (DPOC em fumantes)
– Efeito espaço morto e efeito shunt
– Destruição dos espaço alveolares
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Transporte de Gases
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Transporte de Gases: Oxigênio
• 3% dissolvido no plasma
– Segue a lei de Henry: proporcional a pressão parcial
– 1mmHg = 0,003ml O2 / 100 ml de sangue
– 100mmHg = 0,3ml O2 / 100 ml de sangue
Modoinadequado de transporte de oxigênio
Transporte de Gases: Oxigênio
• 97% através da hemoglobina: combinação reversível Hb-O2
– Composto ferro-porfinina ligado a globina, com 4 cadeias
polipeptídicas
– Diferenças nas seqüências de aminoácidos resulta nos
diferentes tipos de hemoglobina humana
Tipos de hemoglobina
F
S
A
Curva de Dissociação Hb-O2
Vantagens?
2
SaO2
Curva de Dissociação Hb-O2
• Hb reduzida é de cor púrpura: cianose
– Baixa saturação de oxigênio
– Iluminação?
– Pigmentação da pele?
Correlações Clínicas: Dissociação Hb-O2
Desvio da Curva de Dissociação Hb-O2
Redução da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio
Efeito Böhr: Efeito da PCO2
sobre a curva de dissociação Hb-O2
• Quando o sangue passa pelos tecidos o CO2 se difude
das células para o sangue
– Liberação de mais O2 aos tecidos (↑PO2)
– Desvio da curva Hb-O2 para direita e para baixo
• Quando o sangue passa pelos pulmões o CO2 se difude
do sangue para os alvéolos
– Reduz a PCO2 do sangue e a concentração H
+
– Desvio da curva Hb-O2 para esquerda e para cima
• Maior quantidade de O2 se liga à Hb em qualquer nível da
PO2 alveolar: aumenta o transporte de O2 aos tecidos
• CO possui 240 vezes mais afinidade pela Hb que o O2
• Curva de dissociação quase idêntica
– PCO = 0,16mmHg = 75%Hb
– PO2 = 40mmHg = 75%Hb
• Hb torna-se indisponível para o transporte de oxigênio
– Desvio da curva de dissociação O2-Hb para a esquerda
– PO2 normal com concentração de O2 bastante reduzida
– Afeta o descarregamento de O2 para os tecidos
• Intoxicação sem sinais de hipoxemia
– Cianose ausente: sangue vermelho vivo
– Feedback de aumento da FR ausente
Efeito do CO sobre a Curva de
Dissociação Hb-O2: Toxicidade do CO
Transporte de Gases: CO2
7% dissolvido no plasma
Segue a lei de Henry: 20 
vezes mais solúvel que o 
O2
70% HCO3
-
23% 
carbaminoemoglobina
Desvio do cloreto
Curva de Dissociação do CO2
Curva de Dissociação do CO2: Efeito Haldane
O ↑PO2 nos pulmões desvia a curva de dissociação do CO2
Dobra a eliminação de CO2 nos pulmões
Dobra a captação de CO2 nos tecidos
• Efeito Böhr
– Facilita o transporte de oxigênio
• Efeito Haldane
– Facilita o transporte de dióxido de carbono
– Quantitativamente mais importante
Efeitos Böhr e Haldane
Regulação da Respiração
Prof. Ms. Afif Rieth Nery Aguiar
Mestre em Ciências e Saúde
Especialista em Fisioterapia Hospitalar
Especialista em Saúde da Família
82
Centro Respiratório
83
Grupo Respiratório Dorsal
• Neurônios situados por quase todo bulbo
– Núcleo do trato solitário: terminações dos nervos vago
e glossofaríngeo
• Quimiorreceptores periféricos
• Barorreceptores
• Vários tipos de receptores pulmonares
– Formação reticular adjacente
Descargas respiratórias rítmicas
84
Grupo Respiratório Dorsal
• Sinal em rampa: ocorrem em ciclos
– Início débil e elevação constante de cerca de 2 s: ativa
diafragma
– Interrupção abrupta: dura cerca de 3 s: desativa
diafragma, permite retração elástica dos pulmões e da
caixa torácica
– Indução de aumento constante de volume nos pulmões
na inspiração
85
Qualidades do Sinal em Rampa
• Controle da velocidade de aumento do sinal em rampa
– Crescimento rápido da rampa
– Expansão rápida dos pulmões
• Ponto limítrofe de interrupção súbita da rampa
– Controle da FR
– Interrupção precoce – menor inspiração – menor
expiração – maior FR
86
Centro Pneumotáxico
• Situado dorsalmente no núcleo parabraquial (parte
superior da ponte)
• Sinais à área inspiratória
– Controla o ponto de interrupção da rampa
– Limita a inspiração e aumenta a FR
• Sinal forte: FR de 30-40 irpm
• Sinal débil: 3-5 irpm
87
Grupo Respiratório Ventral
• Situado no bulbo
– Anterior e lateral ao grupo respiratório dorsal
– Núcleo ambíguo (rostral) e retroambíguo (caudal)
• Inativos na respiração normal e tranquila
• Não participam do controle da respiração (oscilação)
• Aumento da ventilação pulmonar
– Controle respiratório extra: mecanismo supra-
regulatório
– Contribuem com a inspiração e a expiração
88
Reflexo de Insuflação de Hering-Breuer
• Controle da inspiração: evitar insuflação excessiva
– Tronco cerebral e sinais neurais proveniente dos
pulmões
– Receptores de estiramento: músculo liso brônquico
– Sinais pelo nervo vago ao grupo respiratório dorsal
– Insuflação excessiva: desligamento do sinal em rampa
– Função similar ao centro pneumotáxico
89
Controle Químico da Respiração
• Dióxido de carbono
– Efeito direto: ação do H+
– Excesso de CO2: ↑ estímulo motor da respiração
– Quimiorreceptores: importantes no exercício (resposta 5
vezes mais rápida que estimulação direta central)
90
• Oxigênio
– Efeito indireto: estimula
quimiorreceptores
– Corpos carotídeos e aórticos
– Enviam sinas a área
respiratória dorsal do bulbo
– Controle da ventilação
alveolar sob baixa PO2
Área Quimiossensível
• Neurônios bilateralmente à
superfície ventral do bulbo
• Estimulados pelo H+
– Barreira hematoencefálica
• Efeito indireto: CO2
• Efeito agudo: adaptação em
1 ou 2 dias
• Função tampão HCO3
- renal
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Fatores que Influenciam a Respiração
• Controle voluntário da respiração
• Receptores irritativos das vias aéreas: tosse e espirro
• Receptores J: sensação de dispnéia no EAP por ICC
• Edema cerebral: depressão respiratória
• Anestesia: depressão respiratória (causa mais comum)
• Respiração de Cheyne-Stokes: respiração periódica
• Apnéia do sono: obstrução nas VAS ou dano ao centro
respiratório
92
Respiração Cheyne-Stokes
93