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Resumo de Fisiologia RESPIRATÓRIA Danilo Fernando – Medicina UFRGS Resumo baseado em anotações de aula nos livros Fisiologia Humana 13ªEd – Vander, Fisiologia Pul- monar 8ªEd - Michael Levitzky, Fisiologia Médica 25ªEd – Ganong, Fisiologia – Margarida Aires 4ªEd, Fisiologia 6ªEd – Berne & Levy, Tratado de Fisiologia Médica 12ªEd – Guyton, Fisiologia Médica 2ªEd – Walter Boron, Fisiologia Respiratória - Princípios básicos 9ªEd – John West, Fisiologia 6ªEd – Linda Constanzo, Fisiologia Humana Uma Abordagem Integrada 6ªEd – Dee Unglaub Silverthorn. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 1 1 Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 2 2 Sumário Funções e Estrutura do Sistema Respiratório ....................................................................................................................... 3 Funções do Sistema Respiratório ..................................................................................................................................... 3 Estrutura do Sistema Respiratório ................................................................................................................................... 4 Mecânica Ventilatória ......................................................................................................................................................... 18 Visão Geral ..................................................................................................................................................................... 18 Volumes Pulmonares ...................................................................................................................................................... 19 Propriedades do Pulmão ................................................................................................................................................ 27 Fluxo e Resistência das Vias Aéreas .............................................................................................................................. 34 Ventilação Alveolar e Propriedade dos Gases .................................................................................................................... 41 Propriedades Físico-Químicas dos Gases ....................................................................................................................... 41 Distribuição Regional da Ventilação Alveolar ................................................................................................................. 43 Perfusão Pulmonar ............................................................................................................................................................. 45 Visão Geral ..................................................................................................................................................................... 45 Resistência Vascular Pulmonar e Volume Pulmonar ...................................................................................................... 45 Distribuição Regional do Fluxo Sanguíneo Pulmonar ..................................................................................................... 49 Vasoconstrição Pulmonar Hipóxica ................................................................................................................................ 50 Relação Ventilação–Perfusão e Trocas Gasosas Respiratórias ........................................................................................... 51 Diferença Alvéolo-Pulmonar .......................................................................................................................................... 52 Difusão dos Gases........................................................................................................................................................... 54 Limitações das Trocas Gasosas ....................................................................................................................................... 55 Transporte de Oxigênio e de Dióxido de Carbono .............................................................................................................. 57 Transporte de Oxigênio .................................................................................................................................................. 57 Transporte de Dióxido de Carbono ................................................................................................................................ 61 Regulação Ácido-Base e Causas de Hipóxia ........................................................................................................................ 62 Conceitos básicos ........................................................................................................................................................... 62 Distúrbios Ácido-Base ..................................................................................................................................................... 63 Causas de Hipóxia ........................................................................................................................................................... 66 Controle da Respiração ....................................................................................................................................................... 67 Organização do Sistema de Controle Respiratório – Visão Geral ................................................................................... 67 Geração da Ritmicidade Espontânea.............................................................................................................................. 68 Reflexos Respiratórios .................................................................................................................................................... 70 Sistemas de Controle de Feedback Negativo ................................................................................................................. 72 Respostas ao Dióxido de Carbono .................................................................................................................................. 72 Quimiorreceptores Periféricos e Centrais ...................................................................................................................... 73 Respostas à Hipóxia ........................................................................................................................................................ 76 Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 3 3 Funções e Estrutura do Sistema Respiratório O sistema respiratório é formado pelos pulmões, pelas vias aéreas de condução, pelas regiões do SNC envolvidas com o controle dos músculos respiratórios e pela parede torácica. Funções do Sistema Respiratório • Trocas gasosas: Função básica do sistema respira- tório Suprir o organismo com oxigênio (O2) e dele remover o produto do metabolismo celular, o gás carbônico (CO2) (Observe a imagem ao lado). As trocas gasosas acontecem por difusão; - Sangue oxigenado pelos capilares pulmonares é bombeado pela artéria aorta aos demais tecidos; - O sangue que chegará aos tecidos estará com ele- vada PO2 e baixa PCO2, por outro lado, os tecidos es- tarão com elevada PCO2 (resíduos dos processos me- tabólicos) e baixa PO2 (O2 utilizado nos processos metabólicos). ∟ A diferença de pressão entre o CO2 e O2 dos va- sos e dos tecidos resultarão na difusão desses ga- ses, fazendo com que o sangue fique com baixa PO2 e elevada PCO2. - O mesmoocorre nos alvéolos, porém estes terão elevada PO2 (resultante da inspiração) e baixa PCO2 (resultante da expiração). ∟ A diferença de pressão de CO2 e O2 dos alvéolos e dos vasos resultarão na difusão desses gases, fazendo com que o sangue fique com elevada PO2 e baixa PCO2. • Equilíbrio ácido-base: Ocorre devido a seguinte reação: CO2 + H2O ↔ <H2CO3> ↔ H+ + HCO3-. Sistema respiratório participa do equilíbrio ácido-base através da remoção de CO2 do corpo. - Funcionamento – exemplo: Durante o exercício, o metabolismo muscular elimina substâncias, como o ácido láctico, que liberam H+ Aumento da [H+] fará com que o equilíbrio se desloque, conforme a reação a seguir: ↑H+ + HCO3- ↔ <H2CO3> ↔ ↑CO2 + H2O Esse CO2 será eliminado pela expiração. * Importante: O sistema respiratório não é o principal regulador, porém é o mecanismo mais rá- pido (atua em minutos). O principal mecanismo de regulação é o renal (atua de horas a semanas). • Fonação: Produção de sons provocada pelo movimento de ar através das pregas vocais. • Mecanismo de defesa: Envolvem uma série de fatores que atuam na remoção de partículas inala- das e microrganismos – Sistema respiratório possui contato direto com o meio externo. A barreira mecânica é o primeiro mecanismo de defesa e, junto com o sistema imunológico, atua com o objetivo de proteger os pulmões contra as infecções. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 4 4 • Reservatório de sangue: Os vasos da circulação pulmonar possuem paredes muito mais finas do que as das estruturas correspondentes à circulação sistêmica, além disso, oferecem menor resis- tência ao fluxo Permite que o pulmão receba maior quantidade de sangue com pouca variação de pressão. Existe pouco músculo liso vascular nas paredes dos vasos – Possuem elevada complacência Sangue acomoda-se nos vasos, que atua como função de reservatório. • Regulação da temperatura: Ocorre através da expiração, porém esse mecanismo é pouco signifi- cante em humanos – Corpo humano possui regulação fisiológica mais eficiente pela sudorese. • Metabolismo: Endotélio capilar pulmonar contém um grande número de enzimas que podem produzir, metabolizar ou modificar substâncias vasoativas. Possui a enzima conversora da angiotensina (ECA) – Converte Angiotensina I em Angiotensina II. Realiza remoção de algumas formas de prostaglandinas. Estrutura do Sistema Respiratório Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 5 5 • Dividido em vias aéreas superiores e inferiores. Vias superiores: Relacionadas ao condicionamento/preparação de ar. - Composição: Nariz, seios nasais e laringe. Vias inferiores: Relacionadas à condução e trocas gasosas. - Composição: Traqueia, brônquios, bronquíolos e unidade respiratória (bronquíolos respiratórios, ductos alveolares e alvéolos). • Vias aéreas superiores: Consistem em todas as estruturas do nariz até as pregas vocais (conforme a imagem abaixo). Principal função: Condicionar o ar inspirado Umidificar (até atingir umidade de 100% - Evita que o epitélio de trocas seque), aquecer até a temperatura corpórea (37ºC) (evita que os alvéolos sejam danificados pelo ar frio) e filtrar (evita que materiais estranhos cheguem aos alvéolos). Nariz: - Funciona como filtro, aprisionando e eliminando partículas maiores que 10μm; - Senso de olfação – Possui terminações nervosas acima da concha nasal superior; - O volume do nariz do adulto é de cerca de 20mL; - Maneja um volume de 10.000 a 15.000L ar/dia; - Ponto de resistência de ar – Representa cerca de 50% da resistência total em repouso; ∟ Aumento as resistência aumenta em infecções virais e no exercício Início da respiração bucal; - Primeira linha de defesa imunológica Células secretórias do nariz produzem imunoglobulinas (importantes mediadores inflamatórios). Seios nasais: Deixam o crânio mais leve, o que facilita a postura ereta, dão ressonância à voz e podem proteger o cérebro do trauma frontal. Laringe: Formada, principalmente, pela epiglote, aritenoide e as pregas vocais. - Epiglote e aritenoide “encapam” ou tampam as pregas vocais durante a deglutição; ∟ Em circunstâncias normais a epiglote e aritenoide atuam impedindo a aspiração da comida e de líquidos para o trato respiratório inferior. * Importante: Materiais aspirados tendem a instalar-se no tronco brônquico direito (anatomica- mente mais íngreme – facilita a entrada de objetos estranhos) Inflamações! Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 6 6 • Vias aéreas inferiores: Consistem na traqueia, nas vias de condução e nos alvéolos. Traqueia: Tubo semiflexível mantido aberto por 15 a 20 anéis de cartilagem em forma de "C". - Estende para baixo do tórax, onde se ra- mifica (1ª divisão) em um par de brônquios principais (um brônquio para cada pulmão) (Conforme a imagem ao lado). Brônquios: Tubos semirrígidos forma- dos por cartilagem. - Dentro dos pulmões, se ramificam repeti- damente em brônquios progressivamente menores. ∟ Brônquios principais (direito e esquerdo) se ramificam nos brônquios lobares que, por sua vez, se dividem nos brônquios segmentares e, em seguida, em ramos cada vez menos calibrosos (bron- quíolos), até chegarem aos alvéolos. Bronquíolos: Pequenas vias aéreas colapsáveis, com paredes de músculo liso (não possuem car- tilagem!) - Dividido em bronquíolos terminais (sem alvéolos) e bronquíolos respiratórios (com alvéolos). Alvéolos: Estão localizadas no final dos bronquíolos respiratórios, onde se realiza a troca gasosa. * ESTRUTURA ANATÔMICA DOS PULMÕES (Observe as imagens abaixo): **Observação: As numerações das imagens abaixo corresponde as numerações da imagem anterior. Pulmão direito: Localizado no hemitórax direito, dividido em três lobos (superior, intermediário e inferior) por duas fissuras interlobulares. Pulmão esquerdo: Localizado no hemitórax esquerdo, dividido em dois lobos (superior, incluindo a língula, e inferior) por uma fissura oblíqua. Pulmões direito e esquerdo: São recobertos, INDIVIDUALMENTE, por uma delgada membrana, a pleura visceral, e são encapsulados por outra membrana, chamada de pleura parietal. - A interface dessas duas pleuras permite o deslizamento suave dos pulmões enquanto se expan- dem no tórax – Possuem entre elas um líquido, o líquido pleural (25 a 30mL). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 7 7 * Importante: O líquido pleural tem capacidade alterar a pressão (pressão intrapleural) – Encontra- se normalmente negativa (-5mmHg) Variações na pressão são transmitidas aos pulmões pois es- tão intimamente conectados (recobrem os pulmões) Função de manter os pulmões abertos. • Unidade funcional anatômica: Corresponde a região suprida por um brônquio segmentar (seg- mento broncopulmonar). Em razão de sua estrutura, segmentos do pulmão que ficaram irreversivelmente doentes podem facilmente ser removidos cirurgicamente sem comprometer os demais segmentos. • Unidade funcional fisiológica: Corresponde à unidade respiratória ou de trocas gasosas (unidade respiratória), que consiste em bronquíolos respiratórios, ductos alveolares e alvéolos. * Na imagem abaixo temos o resumo de todas as vias aéreas inferiores. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 8 8 • Ramificaçãodas vias aéreas: Corresponde as vias aé- reas inferiores, desde a bifurcação da traqueia em dois brônquios principais até os alvéolos (Imagem ao lado). Zona de condução (0 – 16 geração): Tem início na traqueia (geração zero), brônquios (contêm cartilagem) e vai até os bronquíolos não-respiratórios/terminais (não possuem alvéolos nem cartilagem). - Corresponde ao espaço morto anatômico Ar “preso” nas regiões que não realizam trocas gasosas (não possuem alvéolos) – Volume de aproximadamente 150mL. Zona de transição (17 – 19 geração): Corresponde aos bronquíolos respiratórios (possuem pou- cos alvéolos, porém já ocorrem as trocas gasosas – pouco significantes). Zona respiratória (20 – 23 geração): Constituída por ductos, sacos alveolares e alvéolos. Conforme aumenta o número de gerações, há au- mento da área de secção transversal das vias aéreas e redução do diâmetro delas, resultando em redução da velocidade de condução do ar (Imagem ao lado). - Permite que o ar chegue com baixa velocidade aos alvéolos – O fluxo torna-se laminar, fazendo com que haja menos atrito e mais trocas gasosas. - A velocidade do ar e a resistência das vias aéreas diminuem na mesma proporção (Conforme as imagens ao lado). ∟ A resistência diminui porque as gerações estão em paralelo. Observe na imagem abaixo que também há aumento do número de vasos conforme aumenta o número de divisões, dessa forma, tanto o ar quanto o sangue estarão em velocidades reduzidas Facilita as trocas gasosas. * Importante: O pulmão possui cerca de 300 milhões de alvéolos e 280 bilhões de vasos – Praticamente 1.000 vasos para cada alvéolo! – Possibilita elevada capacidade de trocas gasosas. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 9 9 Histologia do Sistema Respiratório • Traqueia e brônquios: Locais de filtração do ar. Vias revestidas com epitélio cilíndrico ciliado que secreta muco e uma solução salina diluída. - Células caliciformes: Produzem muco (possui função protetora) – Contém imunoglobulinas (IgA) que podem inativar muitos patógenos, e uma vez que o muco alcança a faringe ele pode ser expelido (expectorado) ou deglutido (muco deglutido sofre ação do ácido do estômago e as enzimas destroem os microrganismos restantes) – Evita que partículas cheguem às vias aéreas in- feriores. ∟ Solução salina: Camada aquosa essencial para o movimento mucociliar funcional. - Cílios: Garantem o movimento unidirecional do muco, junto à solução salina, em direção à faringe. ∟ Possuem elevado gasto de ATP – Cada célula tem em torno de 200 cílios. * Importante: Fibrose cística – A secreção inadequada de íons diminui o transporte de líquido nas vias aéreas Sem a camada salina, os cílios ficam presos no muco espesso e pegajoso Muco não é eliminado Possibilita a proliferação de bactérias Infecções pulmonares recorrentes. - Funcionamento: Ocorre alteração na proteína transporta- dora CFTR (regulador de condutância transmembrana da fi- brose cística – Canal de Cl- da imagem ao lado) Provoca di- minuição da capacidade das células epiteliais das vias aéreas de secretar Cl- e, assim, de aumentar a absorção de Na+. ∟ Como o simporte Cl-/Na+ depende do Cl-, o Na+ ficará retido na submucosa e, consequentemente, como a água depende do gradiente osmótico, ela também ficará retida. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 10 10 ∟ Consequência: Ocorre redução do volume do líquido periciliar e a formação de muco espesso que o sistema de depuração mucociliar não consegue remover dos pulmões. • Bronquíolos: Divididos em bronquíolos terminais (sem alvéolos) e bronquíolos respiratórios. Revestidos por epitélio simples cilíndrico ciliado, além de células de Clara, o epitélio se torna simples cúbico conforme esses bronquíolos penetram nos pulmões, além disso não há células sub- mucosas e caliciformes. - Células de Clara – São células secretoras (de proteínas semelhantes ao surfactante) presente nos bronquíolos e também podem ter papel na regeneração epitelial após lesão. Possuem músculo liso em seu entorno. • Alvéolos: Local onde ocorrem as trocas gasosas (Observe as imagens ao lado) – Possuem células alve- olares dos tipos I, II e III, além de macrófagos alveola- res, e capilares contínuos em seu entorno. * Um adulto possui, em média, 300 milhões de alvéo- los e 280 bilhões de vasos capilares. Células alveolares tipo I: Células planas com gran- des extensões (ocupam cerca de 95% da área de su- perfície epitelial alveolar). ∟ É o local onde ocorrem as trocas gasosas. ∟ A membrana basal das células tipo I e o endotélio capilar se fundem, o que minimiza a distância para a difusão dos gases e facilita muito a troca gasosa. Além disso, o fato de os eritrócitos transitarem em fila única dentro dos capilares contínuos facilita as trocas gasosas, uma vez que eles são maiores que o diâme- tro do capilar, o que diminui a distância entre a hemá- cia e o endotélio capilar, além de aumentar a área de trocas (Observe a imagem abaixo). Células alveolares tipo II: Célula pequena e cu- boide, e geralmente é encontrada nos “cantos” dos alvéolos, onde ocupam cerca de 5% de sua área de superfície. - Sintetizam surfactante pulmonar (reduz a tensão superficial no fluido alveolar) e é responsável pela re- generação da estrutura alveolar subsequente à lesão (células do tipo II ocupam os lugares das células lesio- nadas e realizam a mesma função – trocas gasosas – porém de maneira menos eficiente). Bronquíolos = músculo liso // Brônquios = cartilagem Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 11 11 * Importante: Sob condições normais as células tipo I e tipo II ocorrem na proporção 1:1. Note que há diferenças entre a área ocupada e o número de células! Em situações patológicas a proporção de células do tipo II podem estar superiores aos do tipo I. Células alveolares tipo III: Possuem função quimiorreceptora (?) Macrófagos alveolares: São provenientes da diferenciação dos monócitos do sangue após atra- vessarem as células endoteliais (representados na imagem anterior como “ma”) - Exercem função fagocitária sobre partículas orgânicas e inorgânicas – “Materiais estranhos” * EXTRA – Interstício pulmonar: Espaço intersticial, em condições normais, é muito pequeno; com- posto por tecido conjuntivo, músculo liso, vasos linfáticos, capilares. Fibroblastos sintetizam e secretam: - Colágeno: Principal componente estrutural do pulmão – Limita a distensão pulmonar; - Elastina: Principal contribuinte para a retração elástica do pulmão; Circulação do Sistema Respiratório • Dividida em duas circulações: Brônquica e pulmonar. Circulação brônquica: Responsável pela irrigação da zona de condução. - Acompanha a árvore brônquica e se divide com ela. Circulação pulmonar: Responsável pela irrigação das zonas de transição e respiratória. - Possui o maior leito vascular do corpo. - Volume capilar de 70mL. ∟ No exercício pode aumentar para 200mL. • O retorno da circulação brônquica mistura-se com o retorno da pulmonar (Observe a imagem ao lado) Circulação brônquica carrega CO2 resultante do me- tabolismo da zona de condução; Circulação pulmonar carrega O2 resultante das tro- cas gasosas entre os alvéolos e os capilares das zonas de transição e respiratória. Resulta no shunt fisiológico – Diluição de CO2 (cir- culaçãobrônquica) em O2 (circulação pulmonar) que serão levados para os tecidos. - A porcentagem de CO2 diluído em O2 é cerca de 2%. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 12 12 {T} = Tensão de parede {R} = Raio da esfera Tensão Superficial e Surfactante • Visão geral: A tensão superficial é a força causada pelas moléculas de água na interface ar-líquido que tende a minimizar a área de superfície, tornando muito mais difícil insuflar o pulmão. O surfactante age sobre os alvéolos com o objetivo de reduzir a tensão superficial. - Permite que os alvéolos de diferentes tamanhos permaneçam abertos Mantém a pressão igua- lada entre eles. * Observação: Abaixo analisaremos, individualmente, a ação da ten- são superficial e do surfactante. • Tensão superficial: Força resultante numa interface ar-líquido na qual as moléculas do líquido são atraídas com maior força para o inte- rior do líquido do que em direção ao ar – Resulta numa superfície que atua como uma membrana (Observe a imagem ao lado). Considerando-se uma esfera (tal como o alvéolo), a relação entre a pressão na esfera (Pe) e a tensão da parede (T) é descrita pela lei de Laplace: 𝑃𝑒 = 2𝑇 𝑅 - Tensão superficial é direcionada para o centro da esfera e cria pressão em seu interior. Com base na lei de Laplace, forças exercidas pela tensão superficial na superfície do alvéolo me- nor geram maior pressão (setas grossas) do que os do alvéolo maior (setas finas). - Resultado: O ar se move do alvéolo menor (maior pressão) para o alvéolo maior (menor pressão; seta preta). - Isso faz com que o alvéolo menor colabe e o alvéolo maior fique hiperinsuflado. * Importante: A situação demonstrada acima NÃO corresponde a situação normal nos alvéolos (colabamento resultante da tensão superficial), pois há fatores que atuam para manter os alvéolos estáveis, como o surfactante pulmonar e a interdependência estrutural dos alvéolos. O papel das forças de tensão superficial na retração elástica dos pulmões pode ser demonstrado pelo experi- mento demonstrado na imagem ao lado: - Pulmão insuflado com ar: Interface ar-líquido é estabele- cida e as forças de tensão superficial contribuem para a retração elástica alveolar. ∟ As diferenças entre as pressões e volumes durante a inspiração e expiração é denominada histerese pulmonar. - Pulmão insuflado com solução salina: Forças de tensão superficial ausentes, pois não há interface ar-líquido. ∟ Retração elástica do pulmão devida apenas ao próprio tecido pulmonar – Não há histerese pulmonar. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 13 13 * Importante¹: A retração pulmonar ocorre devido às propriedades próprio tecido pulmonar e, tam- bém, pela tensão superficial. * Importante²: Histerese pulmonar ocorre devido à tensão superficial e ao surfactante. • Surfactante: Reduz a retração elástica causada pela tensão superficial, isto é, diminui a tensão superficial (Observe a imagem ao lado). Reduz o trabalho para expandir os alvéolos em cada ciclo respiratório. Pode alterar a tensão superficial dos alvéolos em di- ferentes volumes pulmonares. - Baixos volumes: Redução da tensão superficial - Altos volumes: Aumento da tensão superficial ∟ Sem esse mecanismo, os alvéolos pequenos iriam es- vaziar seus conteúdos nos alvéolos grandes. - Possibilita que todos os 300 milhões de alvéolos mantenham a MESMA pressão, independente- mente do volume pulmonar. (Observe as imagem abaixo para compreender a função do surfactante) * Na imagem à esquerda: Forças exercidas pela tensão superficial na superfí- cie na esfera menor geram maior pressão (setas gros- sas) do que as da esfera maior (setas finas). - Resultado: O ar se move da menor esfera (maior pres- são) para a maior esfera (menor pressão; seta preta). Isso faz com que a esfera menor se colapse e que a maior fique sobredistendida. * Na imagem à direita: O surfactante (camada sombreada) reduz a tensão superficial. - Resultado: A pressão nas esferas menor e maior é similar e as esferas ficam estabilizadas (P=cte). RESUMO - Observe as situações “a” e “b” na imagem abaixo que representam, respectivamente, somente atuação da tensão superficial e ação do surfactante sobre a tensão superficial. Pulmão pode manter os alvéolos abertos em muitos volumes diferentes Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 14 14 * Observe na imagem anterior os valores de pressão nas situações “a” e “b”. a) Há diferença de pressão entre as esferas pequena (6mmHg) e grande (3mmHg). b) Não há diferença de pressão entre as esferas pequena (2mmHg) e grande (2mmHg). Composição e Função do Surfactante • Secretado pelas células alveolares tipo II. Surfactante é constantemente removido e renovado. • Formado por lipídios (85 – 90%) e proteínas (10 – 15%): a) Lipídios: São divididos em fosfolipídios (85 – 90%), glicolipídeos (5 – 10%) e lipídios neutros (5%). Principal fosfolipídio: Dipalmitoil fosfatidilcolina (DPFC) – Corresponde aproximadamente 75% - DPFC é o principal componente do surfactante; é ele que reduz a tensão superficial. Segundo mais abundante: Fosfatidilglicerol (FG) – Corresponde de 1 – 10% de todo o surfactante. ∟ FG é importante para a dispersão do surfactante pela grande área da superfície. b) Proteínas (SP-A, P-B, SP-C, SP-D): Correspondem a 10 – 15% da composição do surfactante. SP-A: Expressa pelas células alveolares tipo II e pelas células de Clara no pulmão. - Está envolvida na regulação da renovação do surfactante, na re- gulação imunológica no pulmão e na formação da mielina tubular. - Mielina tubular = Estágio precursor do surfactante, quando ele é inicialmente secretado pela célula tipo II e ainda não se dispersou. SP-B: Envolvida na formação da mielina tubular e na atividade de superfície (i. e., tensão superfi- cial, capacidade de dispersão) do surfactante, e ela pode aumentar a ordenação intermolecular e intramolecular da bicamada fosfolipídica. SP-C: Envolvida na capacidade de dispersão e na atividade da tensão superficial do surfactante. SP-D: Função imunológica. * Importante: Diferença entre surfactante pulmonar e detergente - Tanto o surfactante quanto o detergente atuam na redução da superficial, porém a diferença en- tre eles é que o surfactante distribui-se uniformemente pelo alvéolo graças às proteínas que atuam na dispersão e estabilização da substância. - Detergente não depende da área. * Curiosidade: Síndrome da angústia respiratória do recém-nascido (SARRN). - Recém-nascidos prematuros não possuem surfactante pulmonar funcional até o 7º - 8º mês de gestação Apresentam dificuldades de insuflar os pulmões. - Solução: Utilização de surfactante sintético e ventilação artificial (força a entrada de ar para den- tro dos pulmões e mantém os alvéolos abertos). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 15 15 Músculos da Respiração • Os músculos da respiração são músculos esqueléticos, e sua atividade é normalmente iniciada pelo sistema nervoso (Observe a imagem abaixo – na figura esquerda, temos à esquerda os múscu- los da inspiração e, à direita, os músculos da expiração ativa; na figura direita temos a movimenta- ção do diafragma durante a inspiração e expiração). Músculos Inspiratórios • A inspiração é SEMPRE ativa e demanda um grande gasto energético. Inspiração é realizada pelos músculos diafragma, intercostais externos e os escalenos, além de outros músculos acessórios, como o esternocleidomastoideo. Durante a inspiração, as costelas se movem para cima e para fora. Atuam na diminuição da pressão torácica – Ar entra pela diferença de pressão (Ptorácica < Patm). • Diafragma: Principal e maior músculo da inspiração – Possui cerca de 250cm2 de área. Possui forma de cúpula e separa as cavidades torácica e abdominal. Inervação: Nervo frênico (C3-C5). Sofre grande influência da gravidade: - Decúbito dorsal (posição supina): Responsável por cerca de ⅔ do ar que entra nos pulmões du- rante a respiração de repouso. ∟ Órgãos mudam a disposição anatômica durante o decúbito dorsal. - Posição ortostática (em pé) ou na posição sentada ereta: Responsável por cerca de ⅓ do ar que entra nos pulmões. Em respiração normal, a contração do diafragma causa rebaixamento de 1 a 2cm em direção à cavidade abdominal. Em respiração profunda (intensa), a contração do diafragma pode rebaixar até 10cm. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 16 16 PLEURA – Associações com as demais estruturas do sistema respiratório. * Importante lembrar: A pleura parietal reveste a cavidade torácica e a pleura visceral recobre os pulmões Liquido pleural está entre as pleuras e, por essa razão, qualquer modificação da caixa torácica e/ou dos pulmões irá alterar a pressão do líquido intrapleural (em repouso = -5mmHg). Possui íntima relação com os alvéolos devido à proximidade com as zonas respiratórias. Por essa razão, se há alterações nos pulmões (retração/expansão) devido às ações dos músculos respiratórios, elas serão transmitidas aos alvéolos. - Por exemplo, a contração do diafragma expande os pulmões (“puxa a pleu- ra para baixo”), resultando na diminuição da Pip (-5mmHg → -8mmHg), isso permite a entrada de ar para os alvéolos. O mesmo ocorre com os intercostais externos e os escalenos Puxam a pleura para cima durante a expansão da caixa torácica, resultando na diminuição da Pip. ∟ Na expiração ocorre de maneira contrária (retração dos pulmões e da caixa torácica) – Aumento da Pip. • Intercostais externos e escalenos: Alargam e aumentam a caixa torácica. Inervação: Intercostais (T1-T11). • Músculos acessórios da inspiração: Esternocleidomastoideo, trapézio, grande dorsal etc. Não estão envolvidos na respiração de repouso São ativados durante o exercício, fase inspira- tória da tosse ou espirro, ou em estados patológicos, como a asma. Esternocleidomastoideo: Principal músculo acessório. - Atua na elevação do esterno e na expansão do gradil costal. Músculos Expiratórios • Atuam no aumento da pressão torácica – Ar sai pela diferença de pressão (Ptorácica > Patm). • A expiração divide-se em duas categorias: a) Expiração de repouso: Não há gasto energético. Ocorre devido a retração elástica do pulmão. b) Expiração ativa: Possui gasto energético. Ocorre nas situações de fala, canto, exercício, fase expiratória da tosse ou do espirro e em certos estados patológicos, como na bronquite crônica. * Importante: De acordo com as informações acima, os músculos abordados a seguir farão referên- cia à expiração ativa. • Intercostais internos: Deprime o gradil costal e com- prime a caixa torácica. Inervação: Intercostais (T1-T11). • Abdominais (músculos retoabdominal, oblíquos in- terno e externo, e transverso abdominal): Atuam no au- mento da pressão abdominal que, consequentemente, empurram o conteúdo abdominal contra o diafragma relaxado, tracionando-o para cima, em direção ao tórax. * Curiosidade: Esses músculos se contraem fisiologica- mente durante a tosse, vômito e defecação. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 17 17 Inervação • Sistema nervoso central controla a respiração. Controle automático é realizado pelo bulbo e o voluntário pelo córtex cerebral. • Sistema nervoso periférico Somático; - Motor: Nervo frênico (C3-C5) – Inervação do dia- fragma, e nervos intercostais (T1-T11) – Inervação dos músculos intercostais; - Sensorial: Quimiorreceptores e mecanorrecep- tores; Autônomo: a) Parassimpático: Realiza broncoconstrição, va- sodilatação e aumento da secreção glandular. * Importante: Tônus basal (em repouso) é leve- mente parassimpático. - Promove leve broncoconstrição; - Pulmão levemente contraído; b) Simpático: Realiza broncodilatação, vasoconstrição e diminuição da secreção glandular. * Importante¹: Músculo liso (brônquios e bronquíolos) controla o calibre das vias aéreas e possui predomínio de inervação parassimpática – Inervação simpática é pouco expressiva. - No entanto, possuem receptores adrenérgicos (α e β). ∟ A ação simpática é feita, indiretamente, pelas catecolaminas adrenais circulantes. * Importante²: Ação de broncodilatadores (“bombinha”) são sobre os receptores β-adrenérgicos dos músculos lisos dos brônquios e bronquíolos; - Utilizado em doenças obstrutivas como a asma. - Receptores β-adrenérgicos: Ativam proteínas G estimulatórias (Gs) Formação de AMPc Ati- vação de proteinoquinase A (PKA) Diminuição [Ca2+] intracelular Broncodilatação. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 18 18 Expande o pulmão e diminui a pressão intrapleural (isso ocorre porque as estruturas do pulmão estão interligadas – a pleura puxa o parênquima pulmonar) ↓ Palv Mecânica Ventilatória • Estudo das propriedades mecânicas do pulmão (retração elástica pelo parênquima pulmonar e pela tensão superficial) e da parede torácica (músculos diafragma, intercostais, escalenos etc.). Alteram os volumes pulmonares através das trocas gasosas e do trabalho respiratório. * Importante: Quando estudamos mecânica da ventilação, a pressão atmosférica (Patm) é convenci- onalmente referida como 0 cmH2O. Visão Geral • Respiração depende do gradiente de pressão. Ar entra para os alvéolos quando a Patm é maior que a pressão alveolar (Palv); Ar sai dos alvéolos quando a Palv é maior que a Patm. • Respiração com pressão negativa (Palv < Patm): Modo que normalmente a inspiração ocorre. * Curiosidade: Ventilação com pressão positiva ocorre com o au- mento da pressão no nariz ou na boca acima da Palv – Utilizado em pacientes incapazes de gerar um gradiente de pressão entre a at- mosfera e os alvéolos pela respiração normal com pressão negativa. - Mecanismo de ventilação da respiração mecânica. • Final da expiração: Não há entrada nem saída de ar dos pulmões, apesar de as vias aéreas estarem abertas (Imagem ao lado). Forças mecânicas de expansão e retração são iguais – Alvéolos não são expandidos nem retraídos Resultante igual a ZERO Situação denominada capacidade residual funcional (CRF). Pressão interna dos pulmões é igual a 0 cmH2O (igual a pressão atmosférica) – Não há fluxo! • Inspiração: Gradiente de pressão criado pelos músculos da caixa torácica e pelo diafragma (Imagem ao lado). - Contração do diafragma puxa a pleura para baixo; - Contração dos músculos da caixa torácica puxam a pleura para cima. ∟ Patm > Palv Entrada de ar para os alvéolos. • Expiração de repouso: Gradiente de pressão criado pela re- tração elástica dos pulmões (devido ao tecido elástico do pa- rênquima pulmonar) e pelatensão superficial (devido a inter- face ar-líquido) (Conforme a imagem ao lado). Expiração ativa: Gradiente criado pela adição dos músculos intercostais internos e abdominais à expiração. Palv > Patm Saída de ar dos alvéolos. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 19 19 Volumes Pulmonares • Volumes pulmonares dependem da mecânica dos pulmões e da parede torácica, além da ativi- dade dos músculos inspiratórios e expiratórios. Em doenças restritivas e obstrutivas os volumes podem estar alterados. • Existem quatro volumes pulmonares e quatro capacidades pulmonares padronizados. Capacidade pulmonar: Consistem em dois ou mais volumes pulmonares. • Observe as imagens acima e associe às informações a seguir: a) Volume corrente (VC): Gás inspirado ou expirado espontaneamente a cada ciclo (±500mL). Instrução médica: “Respire normalmente” - Não é legal dar essa instrução, pois é difícil respirar normalmente quando pensarmos em respirar. ∟ ‘Aposto que você está pensando nisso nesse exato momento e ela não está mais normal hahaha’. b) Volume de reserva inspiratório (VRI): Volume máximo que pode ser inspirado a partir do final de uma inspiração espontânea (±2500mL). Instrução médica: “Ao final de uma inspiração espontânea, inspire o máximo de ar que você con- seguir”. c) Volume de reserva Expiratório (VRE): Volume máximo que pode ser expirado a partir do final de uma expiração espontânea (±1500mL). Instrução médica: “Pare ao final de uma expiração normal e então expire o máximo de ar que você conseguir” d) Volume residual (VR): Volume de gás que permanece nos pulmões após uma expiração máxima – Em condições normais, esse volume NÃO sai dos pulmões (±1500mL). Não pode ser medido por espirometria! e) Capacidade Vital (CV): Quantidade máxima de gás que pode ser voluntariamente mobilizada en- tre uma inspiração e uma expiração máxima (±4500mL) – CV= VC + VRI + VRE f) Capacidade Inspiratória (CI): Volume máximo inspirado a partir do final de uma expiração espon- tânea (±3000mL) – CI = VC + VRI g) Capacidade residual funcional (CRF): Quantidade de gás remanescente nos pulmões após uma expiração espontânea (3000mL) – CRF = VRE + VR h) Capacidade Pulmonar Total (CPT): Quantidade de gás nos pulmões ao final de uma inspiração máxima (6000mL) – CPT = VR + VRE + VC + VRI * Capacidade vital forçada (CVF): Quantidade maior de ar que pode ser expirada após um esforço inspiratório MÁXIMO – Medida clínica para mensurar a função pulmonar. * VEF1 = Volume expiratório forçado no primeiro segundo. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 20 20 * A razão VEF1/CVF é utilizada para reconhecer algumas doenças pulmonares. * Importante: Como o CRF e o CPT incluem o VR em seu somatório, essas capacidades não podem ser medidas por espirometria. • Volumes pulmonares dependem do sexo, etnia, idade e altura do indivíduo: a) Sexo: ♂ possui maiores volumes que ♀ devido ao tamanho da caixa torácica. b) ‘Etnia’ (ou origem): Relacionado intimamente à adaptação do indivíduo ao ambiente. Indivíduos (nativos) que moram em altas altitudes, por exemplo, têm o seu tórax aumentado, tamanho do corpo diminuído e o cora- ção – principalmente o lado direito – muito expandido. - Tórax e o coração aumentados – decorrentes principalmente do aumento do trabalho dos músculos envolvidos na respiração e do bombeamento do coração a fim de compensar a rarefação. c) Idade: Conforme o indivíduo envelhece, os pulmões perdem elas- ticidade e tornam-se mais complacentes, há recolhimento elástico dos pulmões e há redução da força dos músculos respiratórios e di- minuição da caixa torácica (aproximação das costelas, calcificação de cartilagens costais) (Observe a imagem ao lado). Aprisionamento de ar (↑VR); ↑CRF (devido ao aumento do VR); Aumento do trabalho respiratório (devido à perda de elasticidade e diminuição da força dos músculos respiratórios). d) Altura (ou tamanho corporal): Indivíduos altos possuem maior caixa torácica e maiores pulmões do que indivíduos de baixa estatura. * Importante: Durante a prática esportiva, há modificação do VC (inspiração e expiração normais se tornam mais profundas – utilização dos músculos acessórios da inspiração e os músculos expirató- rios), há diminuição do VRI e VRE (volumes de reserva dos pulmões). NÃO há modificação da CV nem do VR. * Diversos fatores modificam a ventilação, por alterações na frequência, no volume corrente ou no ritmo. Essas modificações recebem denominações especiais como definidas a seguir: • Eupneia: Respiração normal, sem qualquer sensação subjetiva de desconforto. • Taquipneia: Aumento da frequência respiratória. • Bradipneia: Diminuição da frequência respiratória. • Hiperpneia: Elevação do volume corrente. • Hipopneia: Redução do volume corrente. • Hiperventilação: Aumento da ventilação global Aumento da ventilação alveolar além das ne- cessidades metabólicas. • Hipoventilação: Diminuição da ventilação global Diminuição da ventilação dos alvéolos a ní- vel inferior às necessidades metabólicas. • Apneia: Parada dos movimentos respiratórios ao final de uma expiração basal. • Apneuse: Interrupção dos movimentos respiratórios ao final da inspiração. • Dispneia: Respiração laboriosa, sensação subjetiva de dificuldade respiratória. * Frequência respiratória (FR): Varia de 12 – 18 vezes por minuto. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 21 21 Medidas dos Volumes Pulmonares Espirômetro • Mede o volume de ar inspirado e expirado e, assim, a mudança de volume pulmonar. • Espirômetro simples: Possui uma campânula móvel invertida que fica parcialmente submersa na água. Um tubo de ar se estende da boca do sujeito, passa pela água e emerge na campânula, logo acima do nível da água. Quando o sujeito expira, entra ar na campânula e ela sobe. A mudança na elevação da campânula, que pode ser registrada em um papel, é proporcional ao volume de ar que o sujeito expira (Observe a imagem abaixo). Diluição de Hélio – Determinação da Capacidade Residual Funcional e Volume Residual • Equação: [𝑯𝒆]𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝒙 𝑽𝒆𝒔𝒑𝒊𝒓ô𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = [𝑯𝒆]𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 𝒙 (𝑽𝒆𝒔𝒑𝒊𝒓ô𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 + 𝑽𝒑𝒖𝒍𝒎𝒐𝒏𝒂𝒓) • Inicia com um espirômetro contendo ar com 10% de hélio (He) – Esta é a concentração inicial de hélio, [He] inicial = 10% • No espirômetro, a válvula próxima à boca é aberta e permite-se que o sujeito respire o ar do espi- rômetro até que o He se distribua uniformemente em todo o espirômetro e as vias aéreas. Após o equilíbrio, a concentração final de He é a mesma nas vias aéreas e no espirômetro. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 22 22 Como sabemos a [He] injetada no sistema espirôme- tro-pulmões é possível determinar a [He] presente nos pulmões e, assim, determinar a CRF e o VR. • Como o sistema não perde He, o seu conteúdo total após o equilíbrio será o mesmo que era no início – A diluição de hélio é um sistema fechado! • A CRF e o VR são medidos após o equilíbrio de He entre o espirômetro e os pulmões. CRF: Quantidade de gás nos pulmões após uma expiração espontânea. VR: Volume de gás que permanece nos pulmões após uma expiração máxima. * Importante: He é utilizado porque ele é pouco solúvel em água e, portanto, se difunde vagarosa- mente através da parede alveolar. * Exemplo: Volume do espirômetro: 2L, Concentração de Hélio: 10%, Concentração final de Hélio na CRF: 7,8%, Concentração de Hélio no VR:8,6% Determinando a CRF: [He]inicial x Vespirômetro = [He]final x (Vespirômetro + Vpulmonar) 0,1 x 2 = 0,078 x (2 + Vpulmonar) 0,2 = 0,156 + 0,078VPulmonar VPulmonar = 0,564L Determinando o VR: [He]inicial x Vespirômetro = [He]final x (Vespirômetro + Vpulmonar) 0,1 x 2 = 0,086 x (2 + Vpulmonar) 0,2 = 0,172 + 0,086VPulmonar VPulmonar = 0,325L. Pletismógrafo Corporal – Determinação da Capacidade Residual Funcional • Equação: 𝑷 𝒙 𝑽𝒑𝒖𝒍𝒎𝒐𝒏𝒂𝒓 = (𝑷 − 𝜟𝑷) 𝒙 (𝑽𝒑𝒖𝒍𝒎𝒐𝒏𝒂𝒓 + 𝜟𝑽𝒑𝒖𝒍𝒎𝒐𝒏𝒂𝒓) • O indivíduo se senta no interior de uma caixa com vedação à entrada de ar e respira por um bocal conectado a um sensor de fluxo (pneumotacógrafo). • O indivíduo executa esforço respiratório ofegante contra o bocal fechado. Durante a fase expiratória da manobra o gás dos pulmões é comprimido, o volume pulmonar di- minui e a pressão na caixa cai, porque o volume para o gás na caixa aumenta. • Indivíduos normais tem resultado no pletismógrafo iguais ao do teste de diluição de hélio. Indivíduos pneumopatas tem resultados diferentes do teste de diluição de hélio Possível de- tectar doenças devido à sensibilidade do pletismógrafo as variações de pressão. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 23 23 Determinantes dos Volumes Pulmonares • Os limites dos volumes pulmonares são determinados pelas propriedades elásticas dos pulmões e pelas propriedades da musculatura esquelética (em especial ao diafragma). • Propriedades da musculatura esquelética: Atuam na expansão do espaço pleural, que resulta na diminuição da pressão intrapleural e, consequentemente, fazem com que os alvéolos acomodem os volumes de ar inspirado. Diafragma: Principal determinante dos volumes pulmonares. - Depende do grau de estiramento dos sarcômeros (Observe a imagem abaixo). ∟ Limite de contração (portanto, de volume) delimitado pelo comprimento ótimo (±2,0µm – ±2,3µm) do sarcômero. Músculos torácicos: Normalmente atuam na expansão da caixa torácica. - Em aumentos do volume de ar (acima de 60%), os músculos torácicos retraem a caixa torácica. - Pressão transtorácica: Resulta das alterações da musculatura esquelética, onde há modificação da pressão intrapleural em decorrência da alteração promovida pelos músculos torácicos. • Propriedades elásticas: Atuam na retração do espaço pleural, que resulta no aumento da pres- são intrapleural e, consequentemente, fazem com que os alvéolos expulsem o ar acumulado. Resultam da retração do parênquima pulmonar e da tensão superficial sobre os alvéolos. • Equilíbrio entre as propriedades musculares e as propriedades elásticas determinam a chamada capacidade residual funcional (CRF). CRF: Não há entrada nem saída de ar – Forças de expansão = forças de retração - Pressão alveolar não se altera nessa condição (Palv = Patm = 0) Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 24 24 Doenças Pulmonares * Observe nas imagens abaixo as variações dos volumes e das capacidades. Compare-as em relação à situação normal e as situações de doenças restritiva e obstrutiva. • Relação VR/CPT – Menor que 0,25 é normal. Aumento da relação: ↑VR/CPT = Doenças obstrutivas; Aumento da relação: VR/↓CPT = Doenças restritivas. • Doenças pulmonares restritivas: Incluem condições que reduzem a complacência dos alvéolos (p. ex. fibrose), assim como enfermidades (ou condições) que limitam a expansão dos pulmões (obesi- dade, gestação [3º trimestre] e cifoescoliose). Fibrose: Processo patológico que causa deposição de tecido fibroso Torna o pulmão rígido (reduz a complacência) e dificulta seu enchimento. Obesidade: Tecido adiposo comprime a caixa torácica e o diafragma – Reduz a CRF (↓VR,↓VRE) Gestação (3º trimestre): Aumento do volume abdominal comprime o diafragma e também re- duz a CRF (↓VR,↓VRE). - Útero dilatado aumenta a pressão intra-abdominal e restringe o movimento do diafragma. (Observe nas imagens abaixo as situações de obesidade, à esquerda, e fibrose, à direita). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 25 25 • Doenças pulmonares obstrutivas: Incluem enfermidades (p. ex. asma, enfisema, bronquite) que aumentam a resistência das vias aéreas de condução. Enfisema: Destruição do tecido pulmonar Torna os pulmões mais frouxos. - Ocorre a destruição da matriz extracelular, inclu- indo a elastina, por meio de elastase liberada por macrófagos (Observe a imagem ao lado) Tecido perde elasticidade e aumenta a complacência. ∟Perda de tecido elástico faz com que o pulmão retenha grande volume de ar Volume residual (VR) tem elevado aumento ↑CPT. Bronquite: Processo inflamatório das vias respiratórias, com o espessamento das vias aéreas in- flamadas e a hipersecreção de muco, resultando em obstrução da via. - Resulta em aumento da resistência em decorrência da obstrução provocada pelo muco, que re- sulta em aumento do ar retido no pulmão (↑VR) ↑CPT. Asma: Broncoconstrição desencadeada por uma reação inflamatória (ocorre liberação de subs- tâncias broncoconstritoras). - Aumento da resistência do ar faz com que o ar fique retido no pulmão (↑VR) ↑CPT. * Importante: O termo doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) refere-se ao enfisema, à bron- quite ou à combinação entre essas duas doenças. - Cansam dificuldades na ventilação e na oxigenação do sangue. ∟ DPOC’s estão entre as maiores causas de mortes no Brasil. • Doença respiratória mista: Mistura entre doença respiratória obstrutiva e restritiva. Ocorre, por exemplo, quando um indiví- duo é obeso (condição restritiva) e enfisema- toso (doença obstrutiva). Determinado pelo gráfico ao lado: - CV/CVprevisto : Capacidade vital do indivíduo sobre a capacidade vital prevista pela sua idade, sexo, etnia, massa corpórea etc. - VEF1/CVF: Teste de função pulmonar • Adaptações respiratórias devido as doenças pulmonares: Restritiva: Respiração superficial e rápida Obstrutiva: Respiração profunda e lenta. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 26 26 Prova de Função Pulmonar • Capacidade vital forçada (CVF): Maior quantidade de ar que pode ser expirada após um esforço inspiratório MÁXIMO. • VEF1: Volume expiratório forçado no primeiro segundo. Indivíduo inspira até a CPT e então expira o máximo e o mais rápido possível. • Razão VEF1/CVF Indivíduos normais: 70 - 80% Indivíduo com doença restritiva: ±80% - Explicação: Os volumes estarão reduzidos quase que proporcionalmente, sendo assim, não haverá grande alteração da razão, apesar de haver redução do volume (Atente-se as curvas na imagem ao lado). Indivíduo com doença obstrutiva (enfisema): Razão reduzida. - Explicação: Em doenças obstrutivas, geralmente é muito mais difícil expirar do que inspirar. ∟ As vias aéreas fecham-se antecipadamente; ∟ Ar tente a entrar no pulmão facilmente (devido a complacência aumentada) e fica aprisionado; ∟Esses fatores fazem com que o VR aumente e, consequentemente, a CPT também. (Observe as imagens a seguir) Prova Broncodilatadora (BD) • Quando um paciente com doença obstrutiva realiza a prova de função pulmonar, apesar de sa- bermos que pode ser uma doença obstrutiva (razão VEF1/CVF abaixo do previsto), ainda não conse- guimos distinguir a possível doença obstrutiva que o acomete. Para melhorar o diagnóstico, realiza- sea prova broncodilatadora. * Importante: NÃO é eficaz em caso de doença restritiva! • Utiliza-se um medicamento broncodilatador (salbutamol, fenoterol etc.); VEF1 deve aumentar 200mL. - Melhoras após administração de broncodilatador sugere diagnóstico de asma. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 27 27 Propriedades do Pulmão Interações Entre o Pulmão e a Caixa-Torácica • Os alvéolos não é capazes de expandir por contra própria. Expande passivamente em resposta aos aumentos da pressão de distensão através da parede alveolar – Devido ao gradiente de pressão transmural. * Importante: Os alvéolos também expandem em razão do fenômeno de interdependência (Assunto que será abordado adiante) - Alterações dos músculos respiratórios são transmitidos ao pulmões devido ao fato de o parên- quima pulmonar estar interconectado a essas estruturas através das pleuras. • Pressão transmural: Refere-se àquelas geradas atra- vés das paredes, ou do próprio pulmão, pelo gradiente entre duas pressões – Subdivide-se em: a) Pressão transpulmonar: Gerada através do pulmão, devida à diferença gerada entre pressão intrapleural e a pressão alveolar. ∟ Pressão transpulmonar = Palv – Pip Corresponde a pressão determinante do enchimento alveolar durante a inspiração por expansão das paredes alveolares elásticas; - Atua SEMPRE como uma força de retração. b) Pressão transtorácica: Diferença entre a pressão intrapleural e a pressão da superfície corporal. ∟ Pressão transtorácica = Pip – Patm Representa a pressão necessária para que os músculos respiratórios consigam expandir/retrair a caixa torácica e os pulmões simultaneamente. - Atua como uma força de expansão até 60% do volume pulmonar. ∟ A partir de 60% (grande volume de ar) atua como força de retração. * Importante¹: O diafragma e os músculos torácicos estão intimamente conectados à pleura, e ela ao parênquima pulmonar. Quaisquer modificações nesses músculos resultarão em modificações na pressão intrapleural devido ao fato de essas estruturas estarem interconectadas (interdependência) - Diafragma é o principal músculo inspiratório “Puxa” a pleura para baixo e, consequentemente, expande o pulmão (vasos, bronquíolos, alvéolos etc.) – Possibilita e entrada de ar. * Importante²: A pressão intrapleural subatmosférica (-5 cmH2O) na cavidade pleural ajuda a man- ter os pulmões inflados. Pressão intrapleural é resultado do equilíbrio de forças entre a parede torácica (‘forças para fora’) e a retração elástica do parênquima pulmonar (‘forças para dentro’). - Equilíbrio de forças faz com que a Palv seja igual a 0 cmH2O (igual a Patm) Não há fluxo! ∟ Capacidade residual funcional (CRF). Perfuração da pleura: Colabamento do respectivo pulmão que teve sua pleura perfurada devido a perda da pressão subatmosférica que mantinha o pulmão inflado; Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 28 28 - Resulta em entrada de ar – Pneumotórax (Observe a imagem a abaixo, à direita) • Estabelecimento do gradiente de pressão transmural (Imagem abaixo): a) Final da expiração (figura à esquerda): Forças de retração alveolar (para dentro) são equilibradas com forças de retração da parede torácica (para fora) Resultam numa Pip de -5 cmH2O e numa Palv de 0 cmH2O (Não há entrada nem saída de ar do pulmão, ou seja, Patm = Palv) – CRF! Equilíbrio de forças atuam para manter o pulmão inflado. Pressão transmural de +5 cmH2O. b) Durante a inspiração (figura à direita): Contração dos músculos inspiratórios Expansão do lí- quido intrapleural Redução da pressão intrapleural (-5 cmH2O → -8 cmH2O) Aumento do vo- lume alveolar Modifica a Palv (0 cmH2O → -1 cmH2O) Entrada de ar. Pressão transmural de +7 cmH2O (Pressão transmural = -1 cmH2O – [-8 cmH2O] = +7 cmH2O) - Gradiente de pressão transmural aumenta e os alvéolos são distendidos Pulmão expande. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 29 29 Observe as diferenças no gráfico da imagem abaixo. • Durante a inspiração e a expiração a pressão intrapleural se altera e, consequentemente, modi- fica a pressão alveolar. A pressão transpulmonar (Ptp), por essa razão, também se altera durante o ciclo respiratório: - Ptp é maior na inspiração; - Ptp é menor na expiração. INTERPRETAÇÃO DA IMAGEM ACIMA: • Na imagem acima não está representado, mas os músculos torácicos também atuam na fase (1) equilibrando-se com a força de retração elástica, fazendo com que o pulmão fique inflado. • Durante a fase (2), a contração do diafragma faz com que a Pip fique ainda mais negativa, resul- tando na diminuição da Palv Possibilita a entrada de ar. • Já na fase (3), os alvéolos já inflaram até que a sua pressão ficasse igual à Patm (nesse momento não há mais entrada de ar). A partir desse momento o diafragma para de contrair e inicia seu relaxamento. • Na fase (4), a retração do parênquima pulmonar faz com que o pulmão retraia. Observe que, em uma expiração de repouso, somente a retração elástica do parênquima pulmo- nar é suficiente para realizar a eliminação do ar. Retração elástica do pulmonar faz com que a Pip aumente (apesar de ainda manter-se subatmos- férica) e, consequentemente, influenciará na Palv (ficará igual a Patm). * Observação importante: Na imagem acima, os valores da Pip diferem de alguns livros. No entanto, vale res- saltar que são médias. Porém, via de regra, Pip após expiração = -5 cmH2O e Pip na inspiração = -8 cmH2O. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 30 30 • A mudança de postura (sentado ou em pé/posição ortostática e decúbito dorsal) também influencia nas interações entre o pul- mão e a caixa torácica. Altera os volumes e capacidades pulmonares (Imagem ao lado) - Capacidade vital (CV) e capacidade pulmonar total (CPT) conti- nuam as mesmas. - Capacidade inspiratória (CI) aumenta devido ao fato de o volume de reserva inspiratório (VRI) aumentar em detrimento da redução do volume de reserva expiratório (VRE). ∟ Motivo: Em decúbito dorsal, a influência da gravidade é diminu- ída – O diafragma consegue “deslocar mais” durante a inspiração (contração) (Conforme a imagem abaixo) pois a ação da gravidade de empurrar o conteúdo abdominal para longe do diafragma deixa de ser exercida – Conteúdo abdominal é tracionado em direção ao diafragma relaxado Diminui a ex- pansão elástica (“força para fora”) da parede torá- cica e, consequentemente, diminui a CRF. * Lembrar: CRF é resultado do equilíbrio de forças entre a parede torácica (‘forças para fora’) e a re- tração elástica do parênquima pulmonar (‘forças para dentro’) ao final de uma expiração normal. * Nos gráficos abaixo temos a mesma situação descrita acima: * Observe na imagem ao lado a influência da posição corporal em relação a capacidade residual funcional (CRF) - Queda da CRF conforme o paciente se deita ocorre devido à diminuição do volume de reserva expiratório (VRE). ∟ Volume residual (VR) se mantem inalterado! Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 31 31 Fenômeno da Interdependência • Todas as estruturas do pulmão (vasos, bronquíolos, alvéolos etc.) encontram-se interligadas pela trama de tecido conjuntivo pulmonar. Quando há expansão do pulmão, todos esses componentes se distendem.• Fenômeno chamado de interdependência. Contribui para manter todos os alvéolos abertos, posto que, caso alguns se fechassem, seus vizi- nhos puxariam suas paredes e tenderiam a reabri-los (Imagem abaixo). Alterações na parede torácica e no diafragma transmitem as alterações para a pleura e, assim, para as demais estruturas do parênquima pulmonar; - Alterações da pressão intrapleural são transmitidas aos alvéolos e destes aos demais alvéolos através do fenômeno de interdependência (Observe a imagem abaixo). * Importante: Os alvéolos da base (íntimos à pleura) são menores. Quando há expansão da pleura na inspiração (diminuição da pressão intrapleural), eles são mais distendidos. - Os alvéolos do ápice são maiores, porém são menos distendidos dado que já estão abertos e, além disso, estão mais longe da região que está sendo expandida . Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 32 32 Complacência Pulmonar (CP) • Magnitude na alteração do volume pulmonar (ΔV) produzida por qualquer alteração na pressão transpulmonar (ΔP). 𝐶𝑃 = 𝛥𝑉 𝛥𝑃 Volumes reduzidos: Maior complacência - Complacência elevada: Pulmão altamente distensível. Elevados volumes: Menor complacência - Complacência reduzida: Pulmão não é facilmente distensível. • Determinantes da complacência pulmonar: Distensibilidade do parênquima pulmonar; Tensão superficial; • Alterada em doenças pulmonares (Imagem acima): Doenças obstrutivas (enfisema): Aumenta a complacên- cia devido a destruição do parênquima pulmonar (ocorre perda de elasticidade). Doenças restritivas (fibrose pulmonar): Reduz a com- placência devido à deposição de colágeno no espaço inters- ticial (pulmão fica não-complacente). • A complacência dos pulmões pode variar de acordo com a atividade, ou seja, não é a mesma em todos os momentos (indivíduo em repouso ≠ indivíduo em exercício) – Complacência dinâmica (Imagem acima) Indivíduo em repouso: Volume corrente (VC) realiza pouca variação da área da superfície alveo- lar, sendo insuficiente para trazer moléculas adicionais de surfactante para a superfície – Pulmão torna-se menos complacente. Indivíduo em exercício: Ocorre grandes variações do volume corrente (VC) e mais material sur- factante é incorporado à interface ar-líquido – Pulmão fica mais complacente. * Curiosidade: Suspirar e bocejar aumentam a complacência dinâmica por aumentar o volume cor- rente e restabelecer a camada de surfactante normal. ∟ São importantes para manter a complacência pulmonar normal. Trabalho Respiratório • Trabalho respiratório: Energia gasta para respirar, ou seja, é todo o gasto energético necessário para superar as propriedades mecânicas inerentes ao pulmão (forças elásticas e fluxo-resistivas) e mover os pulmões e a caixa torácica através dos músculos respiratórios. Trabalho elástico: São as forças promovidas pelo parênquima pulmonar e pela tensão superficial – Correspondem à 65% de todo o trabalho respiratório. Trabalho não-elástico: São as forças promovidas pela viscosidade do ar (7% do trabalho pulmo- nar) e pela resistência das vias aéreas (28% do trabalho pulmonar). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 33 33 • Pode-se estimar o trabalho mecânico medindo as variações do volume e da pressão durante um ciclo respiratório (Conforme as imagens abaixo – Esquerda, pulmão normal; meio, pulmão com doença restritiva – fibrose; direita, pulmão com doença obstrutiva – enfisema). Linha ABC: Curva estática insuflar-desinsuflar. Área do trapezoide OAECD: Carga de trabalho mecânica total. OABCD: Trabalho necessário para suplantar a resistência elástica; AECF: Trabalho necessário para suplantar a resistência não-elástica; AECB: Trabalho necessário para suplantar a resistência não-elástica durante a inspiração; ABCF: trabalho necessário para suplantar a resistência não-elástica durante a expiração (repre- senta a energia elástica armazenada da inspiração). Doenças pulmonares restritivas: Complacência pulmonar reduzida faz com que a curva pressão- volume deslocada para a direita. - Aumento do trabalho de respiração (aumento na área trapezoide OAECD). Doenças pulmonares obstrutivas: Resistência das vias aéreas fica elevada. - Aumento da carga de trabalho expiratório (área DFO); - Aumento da PIP positiva durante a expiração devido ao aumento da resistência e à aumentada carga de trabalho expiratória; ∟ Volume de fechamento é antecipado – Maior quantidade de ar fica retida no pulmão (↑VR). • Indivíduos normais e indivíduos com doen- ças pulmonares adotam padrões pulmonares que minimizam o trabalho da respiração (Conforme a imagem ao lado). Indivíduos com fibrose pulmonar (traba- lho elástico aumentado) respiram mais su- perficial e rapidamente (↑FR). Indivíduos com doença obstrutiva pulmo- nar (trabalho elástico normal) respiram mais lenta e profundamente (↓FR). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 34 34 * Importante: Indivíduos com enfisema (doença obstrutiva) po- dem apresentar tórax aumentado – Chamado de “tórax em bar- ril” (Conforme a imagem ao lado). No enfisema há alteração da mecânica respiratória. - Pulmão retrai menos devido ao comprometimento do parênquima pulmonar (perda de elastina); - Pulmão não consegue expulsar todo o volume de ar inspirado; ∟ “Volume extra” de ar faz com que o tórax fique aumentado – As costelas são fixadas na posição inspiratória (devido à hiperinsuflação) e da perda da elasticidade pulmonar (forças que puxam para dentro estão reduzidas). Fluxo e Resistência das Vias Aéreas • Fluxo: Ar flui pelas vias aéreas devido a diferença de pressão. Velocidade do fluxo é determinada basicamente por dois fatores: a) Padrão do fluxo gasoso: Laminar, transicional e turbulento (Con- forme as imagens ao lado). - Laminar: Ocorre em baixas velocidades – Presente nas vias aéreas inferiores. ∟ Fluxo laminar é silencioso. ∟ Demanda pouco gasto energético para manter o fluxo. - Transicional: Ocorre nas bifurcações que dividem as gerações. ∟ É predominante ao longo da maior parte da árvore traqueobrôn- quica – Possui muitas ramificações. - Turbulento: Ocorre em velocidades elevadas – Presente na tra- queia e nas vias aéreas superiores. ∟ Fluxo turbulento produz ruídos – Auscultados pelo estetoscópio. ∟ Demanda elevado gasto energético para manter o fluxo – Neces- sita de maior diferença de pressão para manter o fluxo. b) Resistência das vias aéreas: Diminui, de modo geral, ao longo das ramificações das vias aéreas. • Resistência das vias aéreas: Resistência ao fluxo difere segundo o calibre das vias (Observe a imagem ao lado) Vias aéreas calibrosas: Pontos de maior resistência Vias aéreas estreitas: Pontos de menor resistência. - Contribuem pouco para a resistência total da árvore brônquica; ∟ Velocidade do fluxo de ar diminui à medida que a área de sec- ção transversa aumenta (aumento das ramificações) – Fluxo passa a ser laminar. ∟ Resistência das gerações das vias aéreas é em paralelo – Resis- tência geral das finas vias aéreas é muito pequena. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 35 35 Determinantes da Resistência das Vias Aéreas • Volume pulmonar: Modificações do volume pulmonar al- tera a resistência das vias aéreas. Aumento do volume pulmonar diminui a resistência- Aumenta o calibre (raio) das vias aéreas. Diminuição do volume pulmonar aumenta a resistência - Diminui o calibre (raio) das vias aéreas. * Importante: Diminuição do calibre também pode ocorrer devido ao muco nas vias aéreas, edema e contração da musculatura lisa dos brônquios. Fenômeno da interdependência: Os alvéolos tendem a manter seus vizinhos abertos exercendo uma tração radial (Observe a imagem abaixo) Fator importante para as vias condutoras, uma vez que elas têm paredes mais espessas que os alvéolos e, assim, menor complacência. - Em elevados volumes pulmonares, os alvéolos dilatam-se mais que os bronquíolos adjacentes, abrindo os bronquíolos ainda mais por meio da tração radial. • Regulação neuro-humoral da resistência das vias aéreas (Principalmente controle da muscula- tura lisa brônquica). Parassimpático: Libera acetilcolina – Age em recep- tores muscarínico (M3) no músculo liso brônquico. - Broncoconstrição Aumento da resistência. Simpático: Realizado, indiretamente, pelas cateco- laminas adrenais circulantes – Age nos receptores β-adrenérgicos no músculo liso brônquico. - Broncodilatação Diminuição da resistência. (Observe na tabela ao lado as demais substancias que atuam sobre a resistência das vias aéreas – Maioria atuam sobre a musculatura lisa brônquica). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 36 36 Compressão Dinâmica da Via Aérea • O fluxo de ar também é um fator que determina a resistência das vias aéreas. Altera a diferença de pressão através das paredes de uma via aérea – Modifica a pressão trans- mural (PTM) Tem a capacidade de dilatar ou comprimir a via aérea. Compressão da via: Ocorre durante a expiração forçada. Dilatação da via: Ocorre durante a inspiração vigorosa. • Funcionamento da dinâmica da via aérea – Considere a situação hipotética abaixo: * Importante: Nos três casos abaixo, o pulmão tem o mesmo volume, CRF; a única diferença é se o ar está fluindo para dentro do pulmão, se não há fluxo, ou se o fluxo é para fora do pulmão. Como o volume pulmonar está na CRF, PTP (a PTM para os alvéolos) é de 5 cmH2O em todos os três casos. a) Final da expiração – Sem fluxo de ar (Imagem ao meio) Ausência de fluxo de ar – Pressões em todas as vias aéreas são zero. PIP é de -5 cmH2O Age não apenas nos alvéolos mas em todas as vias aéreas de condução dentro da caixa torácica – Mantém as vias aéreas abertas, apesar de não haver fluxo de ar. - Nas vias aéreas a PTM é de +5 cmH2O (PTM = Palv – Pip) * Lembrar que nessa condição equilíbrio entre as forças de retração alveolar (para dentro) e as for- ças de retração da parede torácica (para fora) – CRF Resultam numa Pip de -5 cmH2O e numa Palv de 0 cmH2O (Não há entrada nem saída de ar do pulmão, ou seja, Patm = Palv). Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 37 37 b) Inspiração vigorosa (Imagem acima – à esquerda). Entrada de ar faz com que os alvéolos atinjam Palv de -15 cmH2O. PIP fica ainda mais mais subatmosférica (-20 cmH2O) devido a inspiração vigorosa; - Contração do diafragma expande a pleura, o parênquima pulmonar e, consequentemente, diminui a pressão intraplaural (-5 cmH2O →-20 cmH2O). Pressão das vias aéreas está gradualmente modificada de -15 cmH2O nos alvéolos até zero nos lábios – Quanto mais longe dos alvéolos, menos negativa é a pressão das vias aéreas e, consequentemente, maior é a PTM. Considerando o ponto onde é aproximadamente a metade do caminho da via aérea, onde a pressão da via aérea (Pva) é de -8 cmH2O, temos: PTM = Pva – Pip PTM = -8 cmH2O – (-20 cmH2O) PTM = +12cmH2O. - A PTM que se opõe à retração elástica neste ponto aumentou de +5 cmH2O (no repouso) para +12 cmH2O durante esta inspiração vigorosa – Como PTM aumentou, a via aérea sofrerá dilatação. ∟ Tendência à dilatação aumenta na medida em que se move dos alvéolos até as vias aéreas maio- res (Conforme o gráfico abaixo da imagem). c) Expiração forçada (Imagem anterior – à direita) – As vias aéreas de condução tendem a colapsar durante a expiração forçada. Pressão das vias aéreas deve diminuir gradualmente de +15 cmH2O no alvéolo para zero nos lá- bios – Quanto mais adiante se move a partir dos alvéolos, menor é a pressão das vias aéreas e, as- sim, menor será a PTM (Observe o gráfico abaixo da imagem). Considerando o ponto onde é aproximadamente a metade do caminho da via aérea de resistência, onde a pressão da via aérea (Pva) é de -8 cmH2O, temos: PTM = Pva – Pip PTM = +8 cmH2O – (+10 cmH2O) PTM = +2 cmH2O. - Assim, nesse ponto durante uma expiração vigorosa, a pressão transmural oposta à retração elás- tica (“forças para fora”) caiu acentuadamente, de +5 cmH2O (em repouso – manutenção da via aé- rea aberta) a -2 cmH2O durante a expiração forçada, levando compressão da via aérea. - Movendo–se dos alvéolos para as vias aéreas maiores, a pressão das vias aéreas gradualmente di- minui – PTM gradualmente muda de uma força de enchimento cada vez menor (valores positivos) para uma força de compressão cada vez maior (valores negativos) (Conforme o gráfico abaixo da imagem). * Importante: A intensidade com que uma via aérea efetivamente se dilata ou comprime depende de sua complacência. - Quantidade de cartilagem suportando as vias aéreas gradualmente aumenta de nenhuma nas vias aéreas de 11ª geração até uma quantidade expressiva nos brônquios do ramo principal. ∟ Como o aumento na quantidade de cartilagem nas vias aéreas maiores reduz sua complacência, estas têm uma capacidade cada vez maior de resistir a mudanças em seu calibre produzidas por uma dada mudança na PTM. * Observação: Agora que entendemos o funcionamento da dinâmica das via aéreas, retomaremos ao assunto para focar na expiração, pois a compressão da via aérea é importante para compreen- dermos as outras propriedades do pulmão. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS 38 38 • Compressão dinâmica da via aérea: Ocorre quando a pressão intrapleural é superior à pressão das vias aéreas (PTM < 0) – Compressão ocorre quando há expiração forçada! Pressão das vias aéreas (Pva) decai no sentido dos alvéolos à boca (Observe as imagens abaixo). Na expiração passiva: Pressão intrapleural é negativa; - Faça o cálculo pela formula “PTM = Pva – (PIP)” e note que a PTM é positiva em toda a via aérea (desde a saída dos alvéolos até próximo à boca). Na expiração forçada: Pressão intrapleural é positiva; - Faça o cálculo pela formula “PTM = Pva – (PIP)” e note que a PTM é positiva até abaixo do ponto de igual pressão (nele a PTM = 0), a partir daí a PTM é negativa. ∟ Locais com PTM negativas representam regiões propensas a compressão da via aérea. * IMPORTANTE SABER: Ponto de igual pressão: Pressão do interior da via aérea é igual à Pip PTM = 0 cmH2O. - Acima desse ponto a PTM é negativa e possui tendência ao colapso caso o suporte cartilaginoso ou a tração dos septos al- veolares for insuficiente para manter a via aérea aberta. Ponto de fechamento: Região acima do ponto de igual pressão onde ocorre fechamento da via aérea (PTM < 0) – Em condições normais ocorre em região com cartilagem. Volume de fechamento: Volume de gás que permanece no pulmão quando as pequenas via aéreas são consideradas co- lapsadas. Capacidade de fechamento: Fechamento de todas as vias até o volume residual. Danilo Fernando FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA MED UFRGS
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