RESPIRATÓRIO 4

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Fisiologia	
  do	
  Sistema	
  Respiratório	
  
Prof.	
  Glauber	
  S.	
  F.	
  da	
  Silva	
  
(glauber@icb.ufmg.br)	
  
Controle	
  da	
  ven7lação	
  
OXIGÊNIO – DA ATMOSFERA À CELULA 
Como	
  a	
  
ven7lação	
  é	
  
controlada?	
  
Ventilação Pulmonar 
Ventilação = Volume Corrente x Freqüência Respiratória 
(VE) (VT) (fR) 
L/min L ciclos/min 
Ventilação = Contínua em 
mamíferos e aves 
Ventilação = episódica em 
vertebrados ectotérmicos 
Sistema de controle da ventilação 
CONTROLADOR 
Central 
EFETORES SENSORES 
Diafragma 
Intercostais Externos 
Intercostais Internos 
Músculos acessórios 
Abdominais 
Ponte e Bulbo 
Ø  Quimiorreceptores Centrais 
Ø  Quimiorreceptores Periféricos 
Ø  Receptores de Estiramento 
Ø  Receptores de Irritação 
Ø  Receptores J 
Ø  Receptores nos Músculos e Tendões 
HOMEOSTASE DOS GASES SANGUÍNEOS – 
 MANUTENÇÃO DOS GASES EM NÍVEIS CONSTANTES 
Efetores respiratórios: músculos respiratórios 
Silverthorn, D. Fisiologia humana, Ed. Manole, 2004. 
Musculatura inspiratória 
(inspiração = ativa) 
Musculatura expiratória 
(Expiração = passiva) 
Sistema de controle respiratório 
 
Componentes: 
Controle motor 
 
 
 
Contração rítmica 
dos músculos respiratórios 
Controle dos gases 
sanguíneos – O2 e 
CO2. 
 
demanda metabólica 
Componente motor Componente homeostático 
Sistema de controle da ventilação 
CONTROLADOR 
Central 
EFETORES SENSORES 
Controlador central: geração do ritmo respiratório 
Parte do conhecimento sobre ritmogênese vem de experimentos com transecção 
Controlador central: geração do ritmo respiratório 
Controlador central: geração do ritmo respiratório 
LPBr = Núcleo ParaBraquial 
K-F = Núcleo Kölliker- Fuse DRG= grupo respiratório dorsal 
VRC= grupo respiratório ventral 
Trends in Neurosciences Vol 36, Issue 3 2013 152 - 162 
Complexo Pré-Bötzinger – essencial para gerar ritmo inspiratório 
Outras áreas encefálicas 
•  Córtex. 
•  Áreas límbicas. 
•  Hipotálamo. 
 
Sistema de controle da ventilação 
CONTROLADOR 
Central 
EFETORES SENSORES 
Nobel Prize of Physiology or Medicine in 1938 
“For the discovery of the role played by the sinus and aortic mechanisms
 in the regulation of the respiration”. 
Corneille Jean F. Heymans 
Bélgica 
(1892-1968) 
Quimiorreceptores 
Arteriais 
Ø  Carotídeos e Aórticos 
Ø  Estímulos: PO2, PCO2, pH 
Ø  únicos que respondem a alterações 
na PO2 
Ø  Carotídeos tem alto fluxo 
sanguíneo 
Ø  10-20% resposta ao CO2 
Resposta da ventilação e atividade dos quimorreceptores carotídeos frente 
às mudanças na PO2 
1: Células quimiorreceptoras ou glomus 
2: Células de sustentação 
3: Vesículas 
4: Terminais nervosos sensoriais 
5: Nervo do seio carotídeo 
6: Capilares 
6 
5 
6 6 
3 
1 
1 
3 
1 
2 
4 4 
3 
González et al. (1992). Trends. Neurosci. 15: 146-153. 
Quimiorreceptores Carotídeos 
Quimiorreceptores Arteriais: Pontos importantes 
ALTITUDES ELEVADAS 
ALTITUDES ELEVADAS 
Altitude (queda da PO2) 
 
Estímulo da ventilação 
 
Hiperventilação 
 
 Alcalose Respiratória 
LOCALIZAÇÃO DOS QUMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS EM ANIMAIS DAS 
DIFERENTES CLASSES DE VERTEBRADOS 
Respiração Aquática bimodal exlusivamente aérea 
Transição da vida aquática para terrestre: 
Paralelamente ocorre: redução da distribuição dos quimiorreceptores períféricos 
De uma distribuição multipla para a localização restrita 
Quimiorreceptores 
nos arcos branquiais 
Monitoram O2 do 
ambiente externo e 
intnerno 
Quimiorreceptores 
nos arcos aorticos e 
corpo carotídeo 
Monitoram O2 apenas 
do ambiente intnerno 
Milsom, WK. 2010 
Quimiorreceptores centrais: 
IMPORTANTE PARTICIPAÇÃO NO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE. 
Sensores respiratórios: quimiorreceptores centrais 
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 
Função Renal 
Função Respiratória 
Teorias sobre a localização dos quimiorreceptores centrais ... 
“Teoria: quimiorrecepção especializada” x “Teoria: quimiorrecepção distribuída” 
Rafe bulbar 
Núcleo Retrotrapezoide (RTN) 
Locus Coeruleus (LC) 
Local	
  predominante	
  vs	
  	
  múl=plos	
  locais	
  	
  
Sensores respiratórios: os quimiorreceptores centrais 
Mecanismo de ação dos íons H+. 
Barreira hematoencefálica. 
Ação central da PCO2. 
Silverthorn, D. Fisiologia humana, Ed. Manole, 2004. 
Comparação entre resposta ventilatória à hipóxia e hipercapnia 
HIPÓXIA (redução da PO2) HIPERCAPNIA (aumento da PCO2) 
Em vertebrados terrestre, a sensibilidade é maior ao CO2 - comparado com O2 
Silverthorn, D. Fisiologia humana, Ed. Manole, 2004. 
Quimiorreceptores centrais: Pontos importantes 
Silverthorn, D. Fisiologia humana, Ed. Manole, 2004. 
centrais 
Sistema respiratório de peixes pulmonados (Dipnoi 
QUIMIORRECEPÇÃO CENTRAL: 
 
RESPOSTA VENTILATÓRIA AO ESTÍMULO ÁCIDO NO 
SISTEMA NERVOSO CENTRAL EM PEIXES PULMONADOS 
Sanchez et al. 2001 
QUIMIORRECEPÇÃO 
CENTRAL AO CO2/pH 
está presente em todos 
os vertebrados 
terrestres 
Brachiopterygii - bichir 
Chondrostei - sturgeons 
Lepisosteus - gars 
Amia - bowfin 
Teleostei – adv. fish 
Actinistia - coelacanths 
Dipnoi - lungfish 
Gymnophiona - caecilians 
Urodela - salamanders 
Anura - toads 
Monotremata – “platypus” 
Marsupialia - marsupials 
Eutheria - placentals 
Testudinata - turtles 
Sphenodontia - tuatara 
“lizards” 
Amphisbaenia 
Ophidia - snakes 
Crocodylia - crocodiles 
Aves - birds 
A
ctinopterygii 
A
m
phibia 
M
am
m
alia 
Lepidosauria 
Osteichthyes 
Sarcopterygii 
Choanata 
Tetrapoda 
Amniota 
Reptilia 
Diapsida 
Archosauria 
Peixes pulmonados (Dipnoi) 
no contexto da evolução dos 
vertebrados 
Vertebrados 
terrestres 
QUIMIORRECEPÇÃO CENTRAL AO CO2/pH: 
está presente em todos os vertebrados terrestres 
TEORIA VIGENTE: 
 
A quimiorrecepção central ao 
CO2/pH em mamíferos deriva 
de um contexto evolutivo 
ligado à necessidade da 
regulação dos níveis de CO2 
que acompanhou a evolução 
da respiração aérea nos 
vertebrados terrestres. 
Até o momento não há 
evidência conclusiva sobre a 
presença de 
quimiorreceptores centrais ao 
CO2/pH em peixes. 
quimiorreceptores 
periféricos = CO2/pH em 
peixes. 
Presença de quimiorreceptores centrais 
Quimiorreceptores periféricos sensíveis as variações da PaO2 do 
sangue arterial e também; 
 
Quimiorreceptores periféricos responsáveis por ~ 20% da resposta 
ventilatória ao CO2/pH 
Sistema respiratório e a regulação do equilíbrio ácido-base 
Capacidade de difusão e características do transporte de O2 (curva 
de equilíbrio O2-Hb) 
Os peixes pulmonados (Dipnoi) possuem grande 
similaridades do sistema respiratório com vertebrados 
terrestres – compartilham várias características em comum: 
Adaptações necessárias no sistema respiratório para 
“invasão da terra” estavam presentes antes da 
transição da vida aquática para terrestre