Fisiologia Sistema Respiratório

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Fisiologia Sistema Respiratório
Respiração: metabolismo oxidativo a nível celular
VENTILAÇÃO: processo mecânico de assimilação de oxigênio atmosférico e eliminação de CO2, o que envolve a movimentação do ar nas vias aéreas e ciclos de inspiração e expiração.
Função do Sistema Respiratório
Função primária: captar O2 e remover CO2
Fonação
Manutenção do pH plasmático pela eliminação de CO2
Equilíbrio térmico: ventilação promove perda de calor e água
Defesa contra agentes agressoras presentes nas partículas de ar
Organização Morfofuncional
ZONA DE TRANSPORTE: vias aéreas superiores e árvore traqueobrônquica.
Em seu trajeto pelas vias aéreas superiores, o ar é acondicionado, ou seja, filtrado, umidificado e aquecido, até entrar em equilíbrio com a temperatura corporal. Isso decorre do contato turbulento do ar com a mucosa úmida que reveste essas vias. 
A árvore traqueobrônquica se estende da traqueia aos bronquíolos. A traqueia se bifurca assimetricamente em brônquio primário direito (menor ângulo com a traqueia) e primário esquerdo (maior ângulo). A partir da traqueia a árvore se divide progressivamente, em geral por dicotomia. 
A remoção de partículas poluentes não se faz apenas nas vias respiratórias superiores, pois cada bifurcação do sistema de condução gera turbulência e consequente impactação de partículas.
ZONA DE TRANSIÇÃO: inicia-se ao nível do bronquíolo respiratório, caracterizado pelo desaparecimento de células ciliadas. 
Os bronquíolos respiratórios também se diferenciam por apresentarem, espaçadamente, sacos alveolares. A partir do último ramo do bronquíolo respiratório, surgem os ductos alveolares, que, por sua vez, terminam em sacos alveolares. Nesta zona, a hematose pode ocorrer, mas em níveis não significativos, ela representa, portanto, uma região de acúmulo de ar.
ZONA RESPIRATÓRIA: constituída de ductos alveolares, sacos alveolares e alvéolos.
Cavidades Nasais
Influência direta no volume e na qualidade de ar
Superfície interna extensa: septo nasal e conchas nasais
Pré condiciona o ar antes de sua condução para os pulmões: possui rede de pelos e cílios que permitem a filtração, capilares sanguíneos que aquecem o ar e glândulas da mucosa que o umedecem.
Obs.: A respiração nasal é a mais comum, mas a respiração oral pode ocorrer quando as cavidades nasais estão congestionadas ou durante um exercício. Porém, a respiração nasal apresenta as vantagens de acondicionamento do ar.
Obs.: os cílios direcionam o muco para ser eliminado pelo sistema digestório (faringe esôfago) ou para serem expelidos pela cavidade nasal.
Faringe
Dividida em naso-, oro- e laringofaringe
Região de comunicação entre os sistemas digestivo e respiratório
Reflexos nervosos: epiglote se fecha e laringe é obstruída alimento direcionado para o esôfago.
Laringe
Tecido muscular e cartilaginoso
Fonação: região da glote contém pregas vocais, que são importantes na produção de voz e fala na expiração
Epiglote: cartilagem que controla o direcionamento do bolo alimentar
Traqueia
Situada anteriormente ao esôfago
Revestida por glândulas e células produtoras de muco e células ciliadas
Início da árvore traqueobrônquica
Possui anéis de cartilagem que não se expandem durante os ciclos da ventilação, evitando colapsos desta via
Pulmão
Grande superfície pulmonar para troca gasosa com os capilares, devido à estrutura alveolar que parece um favo de mel aberto em um dos lados.
Divididos em lobos: três direitos e dois esquerdos
Revestido por pleura, que facilita o deslizamento e a expansão dos pulmões na caixa torácica.
Brônquios e bronquíolos
São decorrentes de ramificações (divisões progressivas por dicotomia) da traqueia
A cada geração há uma diminuição no calibre e no comprimento desses tubos
Há também uma “substituição” progressiva de cartilagem (principalmente encontrada na traqueia) por musculatura lisa. A musculatura lisa permite a expansão pois possui capacidade elástica.
Alvéolos
A unidade alveolocapilar é o principal sítio de trocas gasosas ao nível pulmonar (hematose), sendo composta pelo alvéolo, septo alveolar e rede capilar. O septo alveolar é constituído por vasos sanguíneos, fibras elásticas e colágenas e terminações nervosas. Os septos têm descontinuidades denominadas poros de Kohn, que permitem a passagem de ar, líquido e macrófagos entre os alvéolos. A superfície alveolar se constitui de três tipos de células: pneumócitos I (recobre a maior parte da superfície alveolar), pneumócitos II (secretam surfactantes) e macrófagos (células de poeira).
Pleuras
As pleuras são membranas serosas que formam uma bicamada que protege o pulmão e reduz o atrito entre o pulmão e a parede torácica . A camada externa se chama parietal e está aderida à parede da caixa torácica e ao diafragma. A mais interna, visceral, reveste diretamente os pulmões. Entre as camadas há o espaço pleural que contém um líquido lubrificante.
A aderência entre as duas pleuras permite que o pulmão acompanhe o movimento da parede da caixa torácica. 
Movimentos respiratórios
Inspiração: processo ativo em que a musculatura inspiratória se contrai, a caixa torácica aumenta de volume, permitindo a expansão dos pulmões através da associação entre as pleuras. O aumento do volume pulmonar, diminui a pressão interna e o ar entra.
Expiração: processo passivo na respiração basal. A musculatura inspiratória é desativada, contraindo o tórax e os pulmões. Desta forma, o volume intrapulmonar diminui, aumentando a pressão e causando a expulsão de ar.
Durante certo tempo, a respiração pode ser intencionalmente acelerada, alentecida ou interrompida. Essas modificações, entretanto, não se mantêm por muito tempo, posto que conduzirão um distúrbio da homeostase, ativando o centro respiratório.
Músculos Respiratórios
São músculos estriados esqueléticos que apresenta maior resistência à fadiga, elevado fluxo sanguíneo, maior capacidade oxidativa e densidade capilar. 
Músculos inspiratórios: promovem a expansão e elevação da caixa torácica, são ativados tanto na respiração basal, quanto na forçada.
Diafragma: maior e mais importante músculo inspiratório, seu formato de cúpula separa a cavidade torácica da abdominal. Sua contração eleva e projeta as costelas para frente e força o conteúdo abdominal para baixo e para frente. Por conseguinte, aumenta a dimensão torácica.
Intercostais: divididos em externos (paraesternais) e internos (interósseos). Os externos situam-se superficialmente ao longo das costelas e as eleva durante a sua contração. Os internos são considerados expiratórios, pois abaixam a caixa torácica, mas isso é controverso.
Escalenos: eleva o esterno e as duas primeiras costelas, causando a expansão para cima e para fora da caixa torácica.
Esternocleidomastóideo: principal músculo acessório da inspiração, sendo ativado na hiperventilação e altos volumes pulmonares. Eleva o esterno, expandindo o tórax.
Músculos expiratórios: promovem a contração da caixa torácica e são ativados durante exercícios, hiperventilação, obstrução das vias aéreas e fadiga. 
Na expiração basal, há a liberação da energia potencial produzida durante a distensão dos tecidos elásticos dos pulmões e da parede torácica na inspiração retração dos músculos.
Os músculos abdominais são os mais importantes músculos expiratórios. Eles movimentam a caixa torácica para baixo e para dentro, comprimem o conteúdo abdominal para cima e deslocam o diafragma para dentro do tórax. Desta forma, há uma redução do volume pulmonar. 
Mecânica Respiratória
Propriedades elásticas do pulmão e do sistema respiratório
A elasticidade é uma propriedade da matéria que permite ao corpo retorna a sua forma original após ter sido deformado por uma força aplicada sobre ele. Segundo a lei de Hooke, quanto mais intensa a pressão (força) gerada pelos músculos inspiratórios, maior será a variação de comprimento (volume inspirado).
Os tecidos dos pulmões e do tórax são constituídos por várias estruturas; como fibras elásticas,cartilagens, células, glândulas, nervos, vasos sanguíneos e linfáticos; que apresentam propriedades elásticas.
Complacência do sistema respiratório
A complacência do sistema respiratório (Crs) é uma propriedade intrínseca desse sistema que relaciona o volume de gás mobilizado e a pressão motriz necessária para mantê-lo insuflado. Logo, Crs = ΔV/ Pel,rs ; onde Pel,rs é a pressão elástica do sistema respiratório. Quanto maior for a Crs, mais distensível será o tecido; quanto menor, mais rígido ele será.
A força de retração elástica dos pulmões (Pel,L) tende a trazê-los para seu volume mínimo. Isto é, eles tendem sempre a se contrair e colabar. Esse fato não ocorre devido à pressão transpulmonar. Essa pressão decorre da diferença entre a pressão pleural (que é sempre negativa) e a pressão alveolar, que varia de -1 e + 1 cmH2O. A pressão transpulmonar, então, mantém os alvéolos na eminência de se expandir e impede que haja o colabamento devido às propriedades elásticas dos alvéolos.
Existem dois fatores responsáveis pelo comportamento elástico do pulmão: as próprias propriedades elásticas dos tecidos pulmonares e a tensão superficial. 
Acredita-se que o comportamento elástico das estruturas pulmonares não esteja relacionado apenas com o simples alongamento das fibras elásticas, mas principalmente com seu arranjo geométrico. Todas as estruturas desse órgão estão conectadas por uma trama de tecido conjuntivo pulmonar, assim, quando há insuflação todos esses componentes se distendem. Esse fenômeno é chamado de interdependência, que contribui para manter todos os alvéolos abertos. 
A tensão superficial é a força de atração entre átomos e moléculas na superfície de um líquido ou também a resistência oferecida por um líquido na interface de contato com o ar. Nos alvéolos, há uma alta tensão superficial promovida pelo parênquima fluido do pulmão. Desta forma, a cada os alvéolos, que são bolsas gasosas, deveriam exibir uma tendência ao colapso. Segundo a lei de Laplace (P α T/r), à medida que a expiração ocorre e os raios dos alvéolos diminuem progressivamente, essa tendência a colabamento dos alvéolos deveria aumentar, pois os alvéolos, sob alta pressão, se esvaziariam.
Os surfactantes são substâncias tensoativas, como os detergentes, que reduzem a força de coesão entre as moléculas do líquido, diminuindo a tensão superficial e impedindo o colabamento. Consequentemente, os surfactantes aumentam a complacência pulmonar.
Este caráter de diminuição da tensão superficial é ainda menor com a maior aproximação das moléculas (como ocorre na expiração, quando os alvéolos se tornam menores). Desta forma, alvéolos de raios diferentes possuem a mesma pressão intralveolar.
 
Volumes e capacidades pulmonares
A ventilação é constituída dos movimentos fásicos de entrada e saída de gás dos pulmões. No repouso, esses movimentos cíclicos ocorrem com uma frequência de 12 a 18 ciclos por minuto. Denomina-se volume corrente a quantidade de gás mobilizada a cada ciclo respiratório e ventilação global por minuto (volume minuto) o volume de gás ventilado em um minuto.
Volume corrente
Volume de reserva inspiratório: volume máximo que pode ser adicionalmente inspirado ao final de uma inspiração espontânea.
Volume de reserva expiratório: volume máximo adicional que pode ser expirado forçadamente após uma expiração basal.
Volume residual: volume de gás que permanece no interior dos pulmões após esforço expiratório máximo.
Capacidade vital: quantidade de gás mobilizada entre uma inspiração e uma expiração máximas. É o somatório entre volumes de reserva inspiratório e expiratório e volume corrente.
Capacidade inspiratória: volume máximo inspirado a partir do final de uma expiração espontânea. Corresponde à soma dos volumes corrente e de reserva inspiratório .
Capacidade residual funcional: quantidade de gás contida nos pulmões no final de uma expiração espontânea. Soma dos volumes de reserva expiratório e residual.
Capacidade pulmonar total: quantidade de gás contida nos pulmões ao final de uma inspiração máxima. Equivale à soma dos quatro volumes primários. Depende da potencia dos músculos inspiratórios e resistência elástica do sistema respiratório para a expiração e inspiração.
Alterações na ventilação
Eupneia: respiração normal
Taquipneia x Bradipneia: alteração na frequência cardíaca
Hiperpneia x Hipopneia: alteração no volume corrente
Hiperventilação x Hipoventilação: alteração na ventilação global (além ou aquém das necessidade metabólicas)
Apneia: parada do movimento respiratório ao final de uma expiração basal
Apneuse: interrupção dos movimentos respiratórios ao final da inspiração
Dispneia: dificuldade respiratória
Espaço morto
Espaço morto anatômico
O volume de gás contido nas vias respiratórias de condução e transição corresponde ao espaço morto anatômico, porque nestas vias respiratórias não há trocas gasosas significativas. Em cada inspiração, cerca de 2/3 de volume corrente alcançam os alvéolos, e o 1/3 final (cerca de 150ml) fica retido no espaço morto, sendo a composição do gás aí contido muito semelhante à do gás atmosférico. 
O primeiro gás a entrar nos alvéolos na inspiração é aquele deixado no espaço morto pela expiração precedente. De forma semelhante, durante a expiração, a primeira porção a ser eliminada dos pulmões representa o gás do espaço morto.
Obs.: ventilação global = volume perdido para o espaço morto + ventilação alveolar. O aumento da ventilação global não é acompanhado do aumento no volume perdido para o espaço morto! Ele não abstrai mais volume.
Espaço morto funcional
É a porção de volume de gás contida nas zonas respiratórias que não as membranas de trocas gasosas ou não sofre hematose. É um local ventilado mas não perfundido, por exemplo.
Espaço morto fisiológico: anatômico + funcional
Ventilação alveolar
Denomina-se ventilação alveolar à porção da ventilação global que, a cada minuto, alcança a zona respiratória. Ela avalia a eficiência respiratória.
Manobra de Expiração Forçada para avaliar padrão de respiração
Um padrão obstrutivo, em que o ar é exalado com maior lentidão, acarreta em uma redução do VEF e da razão VEF/CVF. Um padrão restritivo tem os valores da razão de VEF/CVF aumentados apesar dos valores absolutos de cada um desses componentes estar reduzido.
Nas doenças obstrutivas, como na asma e no enfisema um volume igual ao paciente normal é mobilizado. No entanto, o tempo de expiração é prolongado.
Nas doenças restritivas, como na fibrose pulmonar e nas sequelas de tuberculose, a expansibilidade do pulmão é restringida, alterando a complacência e mobilizando um menor volume. Uma medida compensatória neste caso é o aumento da frequência respiratória.
Doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC)
O enfisema pulmonar está diretamente relacionado com o tabagismo
obstrução irreversível do fluxo aéreo 
hipertrofia das gliandulas submucosas que aumentam a secreção de muco na árvore traqueobrônquica
inibição do movimento ciliado
destruição dos septos alveolares
diminuição da complacência, levando a uma diminuição na retração do parênquima pulmonar
contração da musculatura lisa, levando a uma bronquioconstricção
menor quantidade de capilares alveolares e trocas de gases entre os alvéolos e o sangue
Asma
Doença inflamatória, hipersensibilidade a alergenos obstrução reversível do fluxo aéreo
Espasmos do músculo liso dos bronquíolos
Caráter intermitente
Atopia: tendência familiar para produzir anticorpos da classe IgE contra alergenos ambientais
 Distribuição da ventilação
A distribuição da ventilação no pulmão em indivíduos em pé não é homogênea, ela é maior na base, seguida do hilo e menor no ápice. Em indivíduos em decúbio dorsal a diferença aparece entre as partes dorsal e ventral.
A razão fundamental para tal desigualdade deve-se à diferença da pressão pleural em cada uma dessas regiões em função da gravidade. Na região da base, a pleura está submetida a uma maior coluna de ar comparada à região do ápice. Destaforma, a pressão pleural na base é maior, ou melhor, menos negativa. Enquanto isso, na região apical a pressão é menor, isto é mais negativa. Então, na região apical há uma maior pressão transpulmonar (pressão intrapeural – pressão intrapulmonar), por isso, os alvéolos desta região encontram-se mais insuflados. Reciprocamente, os alvéolos da região da base estão mais fechados. Na inspiração estes alvéolos mais fechados receberam uma maior distribuição da ventilação pois eles precisam de um maior volume de ar, enquanto os do ápice que estão semiabertos retém menor quantidade de ar ventilado pois é menor o volume necessário para insufla-los completamente.
Distribuição da perfusão
No pulmão, há dois tipos de circulação: a sistêmica e a pulmonar. Esta está envolvida na hematose, enquanto a outra nutre as estruturas pulmonares (menos ductos alveolares e alvéolos).
Normalmente, o fluxo sanguíneo (= DC) é grande na circulação pulmonar, com resistência e níveis pressóricos baixos.
Os vasos pulmonares normais têm paredes delgadas e grande complacência, estando circundados pelo parênquima pulmonar. Desta forma, sofrem grande influência das variações das pressões alveolares resultantes dos movimentos respiratórios.
No caso da perfusão, observa-se que ela decai quase linearmente da base para o ápice, devido à diferença de pressão hidrostática no interior dos vasos sanguíneos de cada região. Na base, há uma maior coluna de líquido exercendo influência na pressão hidrostática do que no ápice. Assim, a pressão arterial e venosas na base são maiores que a pressão alveolar, o que não ocorre no ápice. Por conseguinte, a base é mais ventilada e perfundida.
Curva de relação perfusão-ventilação
Não adianta perfundir sem ventilar ou o oposto. Desta forma, devemos olhar para a relação VA/Q.
Já vimos que na base a perfusão e a ventilação são maiores do que no ápice. No entanto, devido à maior inclinação da linha Q do que da linha VA, na base a relação VA/Q é menor do que zero; enquanto que no ápice ela é maior do que zero. Uma baixa relação VA/Q significa ineficiente troca gasosa, influenciando diretamente a qualidade do sangue arterial.
No hilo, esta relação é aproximadamente igual a 1, ou seja, ideal. 
Efeito das relações VA/Q nas trocas gasosas
Considerando-se que a quantidade de O2 no alvéolo resulta de um equilíbrio entre o quanto é trazido pelo processo de ventilação e a grandeza removida pelo sangue capilar pulmonar; a taxa de oxigênio alveolar no ápice, onde a relação ventilação-perfusão é maior, é superior à da base, onde a perfusão supera a ventilação.
Efeitos da alteração da relação ventilação-perfusão em uma unidade alveolar e na hematose
Em uma unidade alveolar normal, o resultado das pressões parciais de O2 e de CO2 decorrem do equilíbrio entre as pressões parciais desses gases no ar inspirado e no sangue venoso misto, sendo aproximadamente igual a 100mmHg e 40 mmHg.
No entanto, em um caso de shunt, ou seja, de obstrução da via respiratória, mantendo o fluxo sanguíneo intacto, a pressão de O2 decairá, pois este gás não chegará aos alvéolos, e a pressão de CO2 subirá pois não haverá sua eliminação. Se a ventilação for abolida por completo, as pressões parciais desses gases nos alvéolos e no sangue do capilar terminal passam a ser as mesmas do sangue venoso.
Contrariamente, a interrupção do fluxo sanguíneo (espaço morto funcional) aumentaria a pressão parcial de O2 e diminuiria a de CO2, eventualmente atingindo os valores da composição do gás inspirado.