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Lição 07
Fisiologia Respiratória
Fisiologia Humana
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1. Introdução
Todos nós respiramos, mas você já parou para pensar sobre qual é a
importância da respiração? Do porquê de precisarmos dela? Como ela
acontece? Não se preocupe, veremos esse assunto ao longo desta lição.
De acordo com Aires (2012), o sistema respiratório tem como função
base suprir o nosso organismo com oxigênio e remover o gás carbônico.
O oxigênio chega até o nosso sangue e, consequentemente, tecidos e, dos
tecidos, o gás carbônico é levado para os alvéolos através da circulação.
2. Anatomia do sistema
respiratório
Como você estudou na disciplina de anatomia humana, o sistema
respiratório é composto por: nariz, faringe, laringe, traqueia, brônquios e
pulmões. De acordo com Van de Graaff (2013), quando analisamos a
estrutura desse sistema, ele se divide em dois:
- Sistema respiratório superior (nariz, faringe e estruturas associadas) e
- Sistema respiratório inferior (laringe, traqueia, brônquios e pulmões).
Há também a divisão em relação às funções:
Zona condutora: seria a “tubulação” do sistema que passa por dentro e
fora dos pulmões. São vias de passagem que transcorrem pelo nariz,
faringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos e bronquíolos
terminais. A sua função é filtrar, aquecer e umedecer o ar, conduzindo-o
para os pulmões (VAN DE GRAAFF, 2013).
Zona respiratória: é o tecido localizado no interior dos pulmões onde
ocorrem as trocas gasosas. Incluem bronquíolos respiratórios, ductos
alveolares e sacos alveolares. São os principais locais onde ocorrem as
trocas gasosas entre o sangue e o ar (VAN DE GRAAFF, 2013).
Para entendermos melhor a fisiologia deste sistema, vamos relembrar as
funções de cada estrutura?
Nariz
O nariz é a principal entrada de ar no nosso corpo. Sua cavidade interna é
revestida por um epitélio ciliado. A parte externa do nariz é composto por
ossos e cartilagem, dividido pelo septo nasal, formando as narinas, que
fazem a comunicação do meio externo com a cavidade nasal, que,
posteriormente, se comunica com a porção nasal da faringe, através das
coanas (TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN DE GRAAFF,
2013).
Seios paranasais
São espaços aéreos (pares) que existem em certos ossos do crânio. A sua
denominação é de acordo com o osso onde se encontram: seios
maxilares, seios frontais, seio esfenoidal, seios etmoidais. Aquecer e
umedecer o ar inspirado são funções dos seios paranasais. Além disso,
são responsáveis pela ressonância do som e principalmente diminuem o
peso do crânio (TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN DE
GRAAFF, 2013).
Faringe
Vulgarmente chamada de garganta, é um órgão afunilado, com
aproximadamente 13 cm de comprimento. Estende-se desde as coanas e
vai até o nível da cartilagem cricóidea. Suas paredes são compostas por
músculo esquelético e é revestida por uma túnica úmida. Quando estes
músculos relaxam, mantém a faringe desobstruída e quando contraem
ajudam na deglutição. Pela faringe, passam alimento e ar e ajudam
também na ressonância (TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN
DE GRAAFF, 2013).
A faringe é dividida em regiões com base na sua localização:
- Parte nasal da faringe: passagem do ar, é a parte superior da faringe;
- Parte oral da faringe: passagem de ar inspirado, alimentos e líquidos
deglutidos. É a parte média da faringe.
- Parte laríngea da faringe: local onde os sistemas digestório e
respiratório se separam. Os alimentos e líquidos ingeridos são
encaminhados para o esôfago e o ar inspirado passa pela laringe
(TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN DE GRAAFF, 2013).
Laringe
A laringe é a continuação da faringe, a qual se conecta com a traqueia.
Sua principal função é impedir que os alimentos ou líquidos entrem na
traqueia e pulmões durante a deglutição, com auxílio da epiglote, além de
permitir a passagem do ar durante a respiração e produzir som
(TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN DE GRAAFF, 2013).
Traqueia
Órgão tubular, semirrígido, com aproximadamente 12 cm de
comprimento e 2,5 cm de diâmetro. Liga a laringe aos brônquios
primários. Possui anéis de cartilagem hialina em forma de C, para
assegurar que a via aérea esteja sempre aberta. A traqueia divide-se para
formar os brônquios principais direito e esquerdo, essa divisão é
denominada carina (TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN DE
GRAAFF, 2013).
Veja a Figura 1, cada porção do sistema respiratório:
Árvore brônquica
Logo após a traqueia, estão os brônquios principais direito (se
direcionam para o pulmão direito) e brônquios principais esquerdo
(se direcionam para o pulmão esquerdo). Os brônquios principais direito
são verticais, curtos e mais calibrosos do que esquerdo. Assim como a
traqueia, os brônquios principais possuem anéis em forma de C. Ao
chegar nos pulmões, os brônquios principais dividem-se em brônquios
menores, denominados brônquios secundários ou lobares, sendo
um para cada lobo. Estes também se dividem em brônquios menores –
brônquios segmentares (terciários) que se dividem em bronquíolos.
Os bronquíolos, por sua vez, se ramificam, repetidamente, em menores
e estes em menores, denominados bronquíolos terminais. Os
bronquíolos terminais, por sua vez, finalizam-se em aberturas em direção
aos sacos alveolares (fig. 3). Eles são a extremidade da parte
condutora do sistema respiratório. (TORTORA, GERARD J. E NIELSEN,
2013; VAN DE GRAAFF, 2013).
Os alvéolos pulmonares compõem a parte respiratório deste sistema.
São a porção funcional dos pulmões, neles acontece a hematose.
Hematose é o nome dado às trocas gasosas que acontecem entre o ar
inspirado e o sangue. Os alvéolos possuem cerca de 75 a 300 µm. A união
de dois ou mais alvéolos pulmonares forma os sacos alveolares, que
compartilham uma abertura comum para os ductos alveolares. A
superfície de contato que eles proporcionam é de 60 a 80 m², para que
ocorra a difusão dos gases. Além disso, eles são formados por uma única
camada de células. Esse revestimento faz a separação do ar inspirado dos
vasos sanguíneos e é composto por dois tipos de células epiteliais
respiratórias ou pneumócitos (fig. 2):
Pneumócito do tipo I: são células finas e achatadas. Compreende a
maior parte do revestimento do alvéolo (90%). Raramente, se
dividem (PRESTON, 2014).
Pneumócito do tipo II ou granulares: são células compactas, que
liberam o surfactante pulmonar. São células de rápida divisão, o que
permite reparos (PRESTON, 2014).
Pulmões
Os pulmões são órgãos pares, grandes, esponjosos, coniformes, situados
na cavidade torácica. São separados pelo coração e outras estruturas
presentes no mediastino. Todas as estruturas, após os brônquios
principais, estão contidos nos pulmões. Estes são revestidos por uma
túnica serosa, chamada pleura (fig 4). A pleura parietal reveste a parede
torácica e a pleura visceral reveste os pulmões. Entre elas, existe a
cavidade pleural, onde contém uma pequena quantidade de líquido
lubrificante: o fluido pleural (TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013;
VAN DE GRAAFF, 2013).
O pulmão esquerdo é menor (aproximadamente 10%) que o pulmão
direito, pois possui a incisura cardíaca, para acomodar o coração. O
pulmão direito é mais espesso e mais largo e, relativamente mais curto,
pois o diafragma do lado direito é mais alto para acomodar o fígado
(TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013; VAN DE GRAAFF, 2013).
Vale lembrar que os pulmões não participam apenas da respiração, mas
sim do equilíbrio térmico, manutenção do pH, filtro dos êmbolos trazidos
da circulação venosa, defesa contra antígenos e fonação (AIRES, 2015).
Sistema respiratório humano
Unidade respiratória
Árvore brônquica e alvéolos (destaque)
Pleuras
Vamos ver alguns conceitos que nos ajudarão a entender a mecânica
respiratória.
Frequência
Eventos repetitivos em um intervalo de tempo, por exemplo:
batimentos cardíacos, movimentos respiratórios. Você consegue
pensar em mais alguns exemplos?
Pressão atmosférica
Os gases presentes na atmosfera sofrem ação da gravidade e são
atraídos para a centro da Terra. Essa atração faz com que asmoléculas
exerçam uma força sobre a superfície da Terra. Essa força é
denominada Pressão. Essa pressão sofre variações, conforme altura do
gás sobre a área: ao nível do mar, montanhas, por exemplo.
Ao nível do mar a pressão atmosférica é 760 mmHg ou 1 atm.
Pressão negativa
É um nível de pressão medido em relação a um referencial, que pode
ser acima (pressão positiva) ou a baixo (pressão negativa). Esse
referencial, é a pressão atmosférica - ao nível do mar -> 760 mmHg.
Ex.: Belo Horizonte, a 900 m acima do nível do mar. A pressão é 690
mmHg, ou seja, uma pressão negativa.
Você sabe o que é a asma? Assista a esse vídeo e descubra o
mecanismo da asma.
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3. Mecânica respiratória
3.1 Propriedades elásticas do sistema respiratório
Quando esticamos um elástico, ele se estica. Quando o soltamos,
percebemos que ele volta ao seu tamanho original. Isso se deve à
propriedade elástica do elástico. Nos pulmões, acontece a mesma coisa.
A tendência dos pulmões é sempre à retração e colabar, mas, devido as
suas propriedades elásticas, isso não acontece (AIRES, 2012).
Nos pulmões, existem fibras elásticas, cartilagem, nervos, vasos
sanguíneos, que têm essa propriedade elástica. Assim como as molas ou
elásticos, os tecidos – quando são distendidos por uma força externa
(músculos) e quando essa força cessa, os tecidos retraem – voltam ao
original. Além disso, o que ajuda os pulmões a manterem a elasticidade é
a tensão superficial do líquido presente dentro dos alvéolos (AIRES,
2012).
3.2 Tensão super!cial e surfactantes
As moléculas de água são mais atraídas umas pelas outras do que ao ar.
Com isso, elas se comprimem, formando a tensão superficial. A tensão é a
força necessária, para que um objeto penetre na superfície de um líquido.
Essa tensão dificulta as trocas gasosas. Para resolver esse problema, é
necessário um surfactante (fig. 5).
Os alvéolos possuem o líquido de revestimento alveolar, que também
possui a tensão superficial. Com essa tensão, os alvéolos colapsariam,
mas existe o surfactante natural, produzido pelas nossas células. Os
pneumócitos tipo II, aqueles que estudamos mais acima, produzem o
surfactante e o liberam nos alvéolos, para reduzir a tensão superficial. Os
principais componentes do surfactante são os fosfolípides,
dipalmitoilfasfatidilcolina (DPPC), fosfatidilcolina monoenoica e
fosfatidilglicerol. O surfactante é importante, pois ajuda a manter o
tamanho dos alvéolos, aumenta a complacência pulmonar (medida da
quantidade de pressão que é necessária para insuflar os pulmões até
certo volume) e manter os pulmões secos. O surfactante é liberado
constantemente pelos pneumócitos tipo II, por exocitose, estimulados
por mecanismo β-adrenérgicos (AIRES, 2012; PRESTON, 2014).
Para que aconteça a troca de gases, é necessário um fluxo de gases, fluxo
de soluções de gases e difusão destes. A fim de entendermos melhor as
trocas gasosas, vamos rever a física dos gases.
3.3 Propriedades físico-químicas dos gases
O ar que respiramos não é apenas composto por O2. Na verdade, existe
uma mistura de gases que descrita em porcentagem: O = 20,93%; CO =
0,04% e N =79,03%, além de outros gases raros, como: Ar, Ne, Kr, Xe,
etc. Essa composição é uniforme até 60km de altitude (PRESTON, 2014).
Quando um gás está em um recipiente fechado, as moléculas dos gases se
chocam entre si e nas paredes deste recipiente. Isso é chamado de
pressão. Quanto mais moléculas de gás, maior é a pressão. No caso do ar
que respiramos, existem gases diferentes. Assim, cada molécula desses
gases exerce uma pressão proporcional (PRESTON, 2014). Pense em
quando queremos cozinhar feijão na panela de pressão: colocamos água,
óleo, sal e o feijão. Depois, fechamos a panela e aplicamos calor. Com o
passar do tempo, as moléculas de água irão evaporar, se agitar e irão
colidir umas nas outras e nas paredes da panela, aumentando a pressão
ali dentro e, consequentemente, o calor (PRESTON, 2014).
A pressão que um gás exerceria se ele estivesse sozinho, se chama
Pressão Parcial. No caso de uma mistura gasosa, temos a Lei de
Dalton, para calcularmos a pressão. Essa lei diz que a pressão total de
uma mistura gasosa corresponde à soma de todas as pressões parciais
dos gases juntos.
A pressão atmosférica, também denominada Pressão Barométrica - PB,
como vimos, é uma mistura de gases. A sua pressão total é 760 mmHg,
ou seja, PO + PCO + PN = PB.
Quando a pressão atmosférica vai diminuindo, conforme altitudes mais
elevadas são atingidas, acontece o que nós conhecemos como ar rarefeito
(PRESTON, 2014; WEST, 2013).
O estudo da fisiologia da respiração pode ser dividido em quatro grandes
eventos funcionais. São eles:
Ventilação pulmonar e alveolar – processo no qual o ar entra e sai
dos pulmões;
Difusão – do oxigênio (O ) e do dióxido de carbono (CO ) entre os
alvéolos e o sangue;
Transporte – do O e CO , no sangue e líquidos corporais;
Regulação da ventilação.
De acordo com BERNE & LEVY (2009), estudamos a mecânica pulmonar
e da caixa torácica, a fim de entendermos como os pulmões trabalham
quando estão saudáveis ou quando estão doentes, para percebermos as
forças que os movimentam.
3.4 Ventilação pulmonar e alveolar - processo no
qual o ar entra e sai dos pulmões
A ventilação pulmonar tem início nas vias aéreas, no sistema respiratório
superior. Nesse início, haverá a umidificação, aquecimento e filtração do
ar inspirado. Os movimentos de entrada do O e saída do CO dos
pulmões denominam-se inspiração e expiração, respectivamente,
que, para que aconteçam, dentre outros fatores, são necessários os
músculos (BERNE & LEVY, 2009; TORTORA, GERARD J. E NIELSEN,
2013).
Logo antes de cada inspiração, a pressão dentro dos pulmões é igual a
pressão da atmosfera (nível do mar) – 760 mmHg. Mas, para que o ar
entre, a pressão dentro dos alvéolos precisa ser menor que a da
atmosfera, entorno de 758 mmHg. Para que isso aconteça, os pulmões
precisam expandir, o que acontece com a ajuda dos músculos (BERNE &
LEVY, 2009; TORTORA, GERARD J. E NIELSEN, 2013).
Na inspiração, o músculo que se faz mais importante é o diafragma.
Quando ocorre a inspiração, esse músculo contrai e se desloca para a
cavidade abdominal, proporcionando mais espaço na cavidade torácica e
criando uma pressão negativa (BERNE & LEVY, 2009). Os músculos
intercostais externos se conectam às costelas adjacentes e inclinam-se
para frente. No momento da contração, as costelas são tracionadas para
cima e para frente, levando ao aumento do diâmetro lateral e
anteroposterior do tórax (WEST, 2013). E, por fim, os temos os músculos
escalenos, que fazem parte dos músculos acessórios da respiração,
que têm como papel elevar as duas primeiras costelas (contração) e os
esternocleideomastoídeos, que promovem a elevação do esterno. Na
respiração normal, esses músculos trabalham pouquíssimo, mas, no
momento do exercício, eles podem contrair com vigor (WEST, 2013).
A expiração é passiva, durante a respiração normal. Porém, durante o
exercício e na hiperventilação, passa a ser ativa. Aqui, também são
necessárias mudanças na pressão, no caso, o contrário do que acontece
na inspiração. A pressão dentro dos pulmões precisa ser maior do que a
pressão atmosférica. A pressão alveolar aumenta para 763 mmHg,
fazendo com que os gases passem para o local onde a pressão está menor:
o meio externo.
Os músculos mais importantes são os da parede abdominal, sendo eles o
reto abdominal, oblíquo interno e externo e transverso do
abdome. Quando ocorre a contração desses músculos, a pressão intra-
abdominal se eleva e o diafragma é empurrado para cima. Durante a
tosse, êmese e defecação, esses músculos também contraem. Os músculos
intercostais internos se opõem aos intercostais externos, ou seja, puxam
as costelas para baixo e para dentro, levando à diminuição da caixa
torácica (BERNE & LEVY, 2009; WEST, 2013).
Estrutura dos alvéolos.
O surfactante é produzido no feto, após 32 semanas de gestação.
Quando o recém-nascido (RN) é prematuro e nasce antes de 32
semanas, ele pode desenvolver a Síndrome doDesconforto
respiratório (SDR), que pode levar à mortalidade dos RNs. Para saber
mais sobre esse assunto, leia aqui esse artigo de revisão feito pela
UFMG, em 2014.
(CORREA JUNIOR; COURI; SOARES, 2014)
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Você se lembra de alguns jogos de futebol que acontecem em países
que estão muito acima do nível do mar? Os jogos da Copa
Libertadores, muitas vezes, acontecem em países que estão muito
acima do nível do mar, como Oruro na Bolívia, que está a mais de
3.700 m acima do nível do mar. Veja aqui a reportagem.
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Os pulmões não têm musculatura.
Mas então, como eles se contraem?
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