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Cristina Márcia Dias - PhD Cristina Márcia Dias – Fisioterapeuta PhD Professora Titular Coordenadora do Curso de Fisioterapia ANATOMIA E FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO Cristina Márcia Dias - PhD • Os pulmões humanos apresentam um desenvolvimento estrutural complexo que garante a manutenção da estabilidade do tecido pulmonar e permite o desempenho eficiente de sua função principal, a troca gasosa entre o ar inspirado e o sangue circulante. Cristina Márcia Dias - PhD • Os pulmões ocupam a maior parte da caixa torácica e apresentam uma notável mobilidade durante a respiração. • São revestidos externamente por um folheto visceral da pleura, que ainda conta com um folheto parietal para cobrir a cavidade torácica. • Os dois folhetos estão separados apenas por uma mínima quantidade de líquido. • Os pulmões são mantidos numa posição estável dentro da caixa torácica pelo hilo, por onde as vias aéreas, vasos e nervos penetram a partir do mediastino, e pelo ligamento pulmonar. Cristina Márcia Dias - PhD • Através de uma extensa superfície, ocorre a absorção de oxigênio (O2) e sua ligação à hemoglobina e efetua-se a liberação da maior parte do dióxido de carbono (CO2) produzido pelo organismo. Cristina Márcia Dias - PhD Cristina Márcia Dias - PhD • A partir da traquéia, as vias aéreas se dividem em duas porções, uma proximal ou de condução, e outra distal, de difusão, ou de trocas gasosas. • As vias aéreas de condução são constituídas pelas subdivisões sucessivas desde a traquéia até os bronquíolos terminais, compreendendo os brônquios principais, os lobares, os segmentares, os subsegmentares e os bronquíolos. • A traquéia se origina na laringe ao nível da cartilagem cricóide e mede de 10 a 11 cm, terminando na carina, bifurcando-se em brônquios principais direito e esquerdo. Cristina Márcia Dias - PhD • O brônquio principal esquerdo é mais longo que o direito. • Os brônquios principais se dividem progressivamente, de forma dicotômica, na qual cada geração dá origem a dois ramos brônquicos de diâmetro e comprimento menores que o ramo de origem. • Nas vias aéreas de condução não são realizadas as trocas gasosas, mas sim a condução propriamente dita, a umidificação, o aquecimento e a esterilização do ar inspirado. Cristina Márcia Dias - PhD •As vias aéreas de troca gasosa compreendem as porções distais da árvore respiratória, sendo representadas pelos bronquíolos respiratórios e pelos ductos e sacos alveolares, de cujas paredes se originam as unidades de troca gasosa, propriamente ditas, os alvéolos. Cristina Márcia Dias - PhD • A parede das vias aéreas de condução apresenta um padrão básico de distribuição dos seus elementos nas camadas: mucosa, que consiste no epitélio de revestimento, na membrana basal epitelial e na fina lâmina própria; submucosa, que contém matriz de tecido conjuntivo, camada muscular, glândulas submucosas e placas cartilaginosas; e adventícia, composta por tecido conjuntivo contendo o suprimento neurovascular. Cristina Márcia Dias - PhD • À medida que se caminha em direção aos bronquíolos terminais, a estrutura básica da parede das vias aéreas apresenta modificações que se ajustam às necessidades funcionais de cada segmento. • A cartilagem determina uma estrutura “rígida” à traquéia e aos brônquios principais. À medida que se caminha para a periferia dos pulmões, os anéis cartilaginosos desaparecem e são substituídos por placas irregulares de cartilagem. Cristina Márcia Dias - PhD • As fibras musculares lisas variam em tamanho e orientação ao longo das vias aéreas. A quantidade de músculo liso é maior nas vias aéreas extrapulmonares e diminui progressivamente até os bronquíolos. • As glândulas submucosas diminuem pouco a pouco em número, tornando-se ausentes ao nível dos bronquíolos. O epitélio de revestimento vai se achatando, com rarefação dos cílios, tornando-se cubóide nos bronquíolos terminais, onde as células mucosas não estão presentes. Cristina Márcia Dias - PhD Trapnell B. e cols., N.Eng.J.Med. 2003, 349:2527-39 • Os alvéolos se constituem em estruturas saculares destinadas às trocas gasosas entre o ar inspirado e o sangue circulante. Número total: 300 milhões. Superfície: 70/100 m2. • São revestidos pelos pneumócitos tipo I e tipo II. • Pneumócitos tipo I: constituem as células de sustentação do septo alveolar. Compõe a barreira alvéolo-capilar. • Pneumócitos tipo II: função de renovação do epitélio e de produção, armazenamento e produção do surfactante pulmonar. • Outras células: macrófagos, células endoteliais e células do interstício. Cristina Márcia Dias - PhD Cristina Márcia Dias - PhD Cristina Márcia Dias - PhD Cristina Márcia Dias - PhD GRADIENTES PRESSÓRICOS NA VENTILAÇÃO Cristina Márcia Dias - PhD Volume (L) Fluxo (L/s) Pressão Pleural (mmHg) Pressão Alveolar (mmHg) Cristina Márcia Dias - PhD PRESSÕES PLEURAL E ALVEOLAR • Antes da inspiração, a pressão pleural é de aproximadamente -5 cmH2O e a pressão alveolar é de 0 cmH2O. O gradiente de pressão transpulmonar é de aproximadamente -5 cmH2O no repouso. Esse gradiente de pressão mantém os pulmões em seus volumes de repouso. As pressões alveolar e de abertura das vias aéreas (pressão bucal) são iguais a zero. Nenhum gás se move para dentro ou para fora do trato respiratório. Volume Fluxo Pressão Pleural Pressão Alveolar Cristina Márcia Dias - PhD PRESSÕES PLEURAL E ALVEOLAR • A inspiração começa quando o esforço muscular expande o tórax. A expansão torácica provoca uma diminuição na pressão pleural. Quando a pressão pleural cai, o gradiente de pressão transpulmonar aumenta, fazendo com que os alvéolos se expandam. Quando os alvéolos expandem, suas pressões caem abaixo da pressão de abertura das vias aéreas. Esse gradiente de pressão faz com que o ar flua da abertura das vias aéreas até os alvéolos, aumentando seu volume. Volume Fluxo Pressão Pleural Pressão Alveolar Cristina Márcia Dias - PhD PRESSÕES PLEURAL E ALVEOLAR • A Ppl continua a diminuir até o final da inspiração. A pressão alveolar atinge o equilíbrio com a atmosfera, diminuindo o fluxo inspiratório a zero. Ao final da inspiração a pressão alveolar retorna a zero. No final da inspiração o gradiente de pressão transpulmonar atinge seu valor máximo de aproximadamente -10 cmH2O. Volume Fluxo Pressão Pleural Pressão Alveolar Cristina Márcia Dias - PhD PRESSÕES PLEURAL E ALVEOLAR • Quando a expiração começa, o tórax retrai e a Ppl começa a aumentar. Quando a pressão pleural aumenta, o gradiente de pressão transpulmonar diminui e os alvéolos começam a desinsuflar. Quando os alvéolos se tornam menores, a pressão alveolar ultrapassa a da abertura das vias aéreas. Esse gradiente de pressão transrespiratório faz com que o ar se mova dos alvéolos em direção à abertura das vias aéreas. Quando a pressão alveolar atinge o nível da pressão atmosférica, o fluxo cessa e um novo ciclo começa. Volume Fluxo Pressão Pleural Pressão Alveolar Cristina Márcia Dias - PhD COMPLACÊNCIA RESPIRATÓRIA Crs = V / P A complacência respiratória (Crs) é definida como a variação de volume dividida pela variação de pressão. A pressão de insuflação é a diferença entre as pressões alveolar e pleural (gradiente de pressão transpulmonar). A complacência respiratória do adultosaudável é de cerca de 200 mL/cmH2O. Cristina Márcia Dias - PhD COMPLACÊNCIA PULMONAR Cristina Márcia Dias - PhD MATRIZ EXTRACELULAR • Os pulmões possuem uma matriz extracelular (MEC) com uma distribuição peculiar, que desempenha um papel fundamental na manutenção da estrutura pulmonar e nas propriedades mecânicas do tecido pulmonar. • O arranjo das fibras se faz de três maneiras: 1. feixe axial das vias aéreas maiores até ductos; 2. feixe pleural que se estende da pleura até o parênquima; 3. feixe septal que une os outros dois elementos. • Constituintes: fibras colágenas, fibras elásticas, proteoglicanos e glicoproteínas. Cristina Márcia Dias - PhD SURFACTANTE PULMONAR Trapnell B. e cols, N.Eng.J.Med. 2003, 349:2527-39 Cristina Márcia Dias - PhD SURFACTANTE PULMONAR • O surfactante pulmonar é um conjunto de lipídios e proteínas secretado por células epiteliais alveolares especializadas chamadas de pneumócitos granulares ou tipo II. • Tais células localizam-se nos alvéolos, são ricas em mitocôndrias e armazenam surfactante em corpos lamelares. • O surfactante pulmonar é uma substância complexa composta por 90% de lipídios e 10% de proteínas. Os fosfolipídeos são seus principais componentes, sendo os principais constituintes a dipalmitoilfosfatidilcolina (40%), fosfatidilcolina monoenóica (25%) e o fosfatidilglicerol (10%). • A função biológica, bem como, a atividade de superfície do surfactante, é atribuída aos fosfolipídeos, especialmente à fosfatidilcolina. O surfactante pulmonar exerce importante papel fisiológico diminuindo a tensão superficial, mantendo a estabilidade alveolar, reduzindo o trabalho respiratório e protegendo da transudação alveolar. Cristina Márcia Dias - PhD SURFACTANTE PULMONAR E ESTRUTURA ALVEOLAR Cristina Márcia Dias - PhD RESISTÊNCIA DAS VIAS AÉREAS Rrs = Pres,rs / V´ R = 8..L / .r4 Cristina Márcia Dias - PhD FUNÇÃO DOS MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS Cristina Márcia Dias - PhD MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS 1. Inspiratórios Principais: diafragma; intercostais paraesternais; intercostais externos; escalenos. Acessórios: esternocleidomastóideo; trapézio; peitoral maior. 2. Expiratórios Abdominais (reto do abdomen; transverso do abdomen; oblíquo interno e oblíquo externo). Intercostais internos. Cristina Márcia Dias - PhD MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS Cristina Márcia Dias - PhD MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS INTERCOSTAIS De Troyer, 1988 Cristina Márcia Dias - PhD MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS Inervação Motora Tobin 1988 Cristina Márcia Dias - PhD Vias voluntária (cortical) e automática (bulbar) de controle da respiração. Laghi & Tobin, Am J Respir Crit Care Med. 168: 10-48, 2003. Cristina Márcia Dias - PhD • A principal função do sistema respiratório é promover a remoção do CO2 do sangue e o fornecimento de quantidade suficiente de O2 para o sangue que deixa a circulação pulmonar • As trocas de gases no organismo ocorrem por meio do fluxo de gases, do fluxo de soluções de gases e da difusão de gases através dos tecidos TRANSPORTE DE GASES Cristina Márcia Dias - PhD • Composição do ar ambiente seco: O2 = 20,93% CO2= 0,04% N2 = 79,03% • Pressão Parcial de um gás no ar seco: Pparcial x = F x X Pressão Barométrica (760mmHg) • Pressão Parcial de um gás no ar inspirado: • Pparcial x = Fi x X (PB – PH2O) • Pressão Parcial do O2 no ar inspirado: PO2 = 20,9 X (760 – 47) = 149 mmHg Cristina Márcia Dias - PhD Difusão • A difusão é um processo passivo simples • Barreira alvéolo-capilar espessura: 0,3 µm área: 75 a 100m2 • A difusão obedece à lei de Fick V’ gás α D. A. (∆P ) E V’ = quantidade de gás difundido D = constante de difusão A = área de superfície ∆P = diferença entre a pressão arterial e alveolar E = espessura da barreira Cristina Márcia Dias - PhD Difusão através de um tecido Cristina Márcia Dias - PhD Barreiras da Membrana Alvéolo-Capilar 39 Cristina Márcia Dias - PhD 40 Transporte de gases no sangue Oxigênio • O 02 arterial é transportado de duas maneiras: 1- como 02 dissolvido em solução física (no plasma); - 2- na forma de composto químico com a hemoglobina. • Oxigênio dissolvido – lei de Henry Para cada mmHg de PO2, há 0,003ml de O2 /100ml de sangue - (0,003%) Sangue arterial normal = PO2 de 100mmHg 0,3 vol % de oxigênio dissolvido Cristina Márcia Dias - PhD 41 Oxigênio combinado com a hemoglobina • 98,5% do oxigênio apresenta-se combinado com a Hb O2 + Hb <=> HbO2 (oxiemoglobina) 4 O2 + Hb <=> Hb (O2)4 Rocco, P. R. M. Zin, W. A. Fisiologa Respiratória Aplicada. Guanabara Koogan, 2009 Cristina Márcia Dias - PhD 42 • Capacidade de O2 = Hb(g) x 1,34 mL de O2 • Em 100mL de sangue = 15g de Hb Hb inteiramente saturada = 20,1 mL de O2 • Saturação da Hb: HbO2 x 100 Hb total Cristina Márcia Dias - PhD Transporte de Dióxido de Carbono no sangue
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