Sistema respiratório, exercício e fadiga

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Sistema respiratório, 
exercício e fadiga
E-book
Thiago T. Guimarães, prof. dr.
• Os sistemas respiratório e cardiovascular são responsáveis pela 
liberação eficiente de oxigênio aos tecidos corporais e remoção de 
dióxido de carbono.
• A respiração é o mecanismo que permite aos seres vivos extrair a 
energia química armazenada nos alimentos e utilizar essa energia nas 
diversas atividades metabólicas do organismo. 
Estrutura e função
Funções
• Troca de gases com o ar atmosférico;
• Manutenção da concentração de oxigênio;
• Eliminação da concentração de dióxido de carbônico;
• Regulação da ventilação;
• Equilíbrio ácido-base;
• Fonação.
Aspectos morfofuncionais
• Cavidade nasal
• Faringe
• Laringe
• Traqueia
• Pulmões
Divisão estrutural
• Pulmões:
• Brônquios
• Bronquíolos
• Bronquíolo terminal
• Ácinos
• Ácinos: bronquíolos 
respiratórios, ductos 
alveolares, saculo alveolar, 
alvéolos
Aspectos morfofuncionais
• Divisão funcional:
• Parte condutora: conexões dentro e fora dos pulmões;
• Filtrar, aquecer e umedecer o ar;
• Nariz, faringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos e bronquíolos terminais;
• Parte respiratória: tecidos no interior dos pulmões;
• Troca gasosa entre o ar e o sangue;
• Bronquíolos respiratórios, ductos alveolares, sacos alveolares e alvéolos.
Volumes e capacidades
Mecânica pulmonar
• Função primária do pulmão: troca gasosa;
• Propriedades mecânicas do pulmão determinam a facilidade ou 
dificuldade do movimento de ar;
• Mecânica da ventilação em três estágios:
• Respiração ou ventilação pulmonar;
• Respiração pulmonar externa;
• Respiração tecidual interna.
Mecânica pulmonar
• Respiração ou ventilação pulmonar:
• Inspiração e expiração de ar;
• Permite a troca de ar entre a atmosfera e os espaços aéreos do pulmão;
• Respiração pulmonar externa: 
• Troca gasosa entre os espaços aéreos pulmonares e o sangue nos capilares pulmonares;
• Ocorre através da membrana respiratória, onde o sangue recebe oxigênio (O2) e perde 
gás carbônico (CO2);
• Respiração tecidual interna:
• Troca gasosa entre o sangue presente nos capilares sistêmicos e as células teciduais;
• Sangue perde O2 e recebe CO2.
Respiração ou ventilação pulmonar
• Dependente de gradientes de pressão;
• Pressão intrapulmonar antes da inspiração: 760 mmHg (1 atmosfera);
• Inspiração: permite o ar entrar nos pulmões, pois aumenta o seu 
tamanho e reduz a pressão no interior dos alvéolos (758 mmHg) em 
relação à pressão atmosférica;
• Expiração: redução do tamanho (volume de ar) e aumento da pressão 
alveolar (762 mmHg);
Respiração ou ventilação pulmonar
• Inspiração:
• Primeiro estágio da expansão 
pulmonar ocorre com a 
contração do diafragma e 
músculos intercostais externos;
• Diafragma: 
• Aumenta o diâmetro vertical da 
cavidade torácica;
• Responsável por 75% do ar que 
chega aos pulmões;
• Alteração de 1 cm na respiração 
normal e 10 cm no exercício 
vigoroso;
• Intercostais externos: tracionam 
as costelas para cima e esterno 
para frente.
EXPANSÃO
TORÁCICA
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCMyXiZzv3sgCFUuCkAodLrQFwA&url=http://www.mundobends.com.br/respiracao-diafragmatica/&psig=AFQjCNF65lRY349_odPE85LrIWmwMcAa_Q&ust=1445905317280020
Respiração ou ventilação pulmonar
• Expiração:
• Início: momento em que 
músculos inspiratórios 
relaxam e reduzem a 
cavidade torácica;
• Fibras elásticas esticadas na 
inspiração retraem e atingem 
tamanho normal;
• Tração para dentro da parede 
pulmonar.
CONTRAÇÃO/
RETRAÇÃO
TORÁCICA
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Respiração ou ventilação pulmonar
• Músculos acessórios na inspiração profunda: 
esternocleidomastóideo, escalenos (ambos na região cervical) e peitorais 
menores (região torácica);
• Expiração forçada: intercostais internos, abdominais, grande dorsais e 
quadrados lombares;
• Força o diafragma para cima;
• Retrai os pulmões, reduzindo seus volumes de ar, aumentando a pressão 
alveolar.
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Volumes e capacidades pulmonares
• VC (volume corrente):
• Volume de ar que se move durante um único movimento de inspiração e 
expiração;
• VC durante uma respiração normal: cerca de 500 mL.
Volumes e capacidades pulmonares
• VRI (volume de reserva inspiratório): 
• Volume adicional que cada pessoa consegue inspirar além da sua inspiração 
normal;
• Homem de 70 kg: VRI aproximado de 3.000 mL (seis vezes maior do que seu 
VC).
Volumes e capacidades pulmonares
• VRE (volume de reserva expiratório):
• Volume que uma pessoa consegue expirar além de sua expiração normal;
• Atinge cerca de 1.100 mL.
Volumes e capacidades pulmonares
• VR (volume residual):
• Volume pulmonar que não pode ser medido diretamente;
• Mesmo em situações onde todo o ar é expelido do pulmão um pequeno 
permanece nos pulmões;
• VR aproximado de uma pessoa com 70 kg: 1.200 mL.
Volumes e capacidades pulmonares
• *Espaço morto:
• Nem todo o ar que passa através do nariz irá participar das trocas gasosas;
• Parte preenche as vias de condução e transição. 
Volumes e capacidades pulmonares
• CV (capacidade vital):
• Quantidade máxima de ar que pode ser inspirada ou expirada 
voluntariamente a cada respiração (ciclo ventilatório);
• CV: somatório do volume de reserva inspiratório, volume de reserva 
expiratório e volume corrente;
• Envelhecimento: redução da CV;
• Músculos enfraquecem e pulmões se tornam menos elásticos.
Volumes e capacidades pulmonares
• CPT (capacidade pulmonar total): 
• Somatório da capacidade vital e volume residual.
Perfusão
Ventilação x perfusão pulmonar
• Ventilação: processo de movimento do ar para dentro e fora dos 
pulmões (inspiração e expiração);
• Perfusão/difusão/hematose: processo onde o sangue desoxigenado 
passa pelos pulmões e é reoxigenado (fluxo sanguíneo pulmonar);
• Componentes fundamentais às trocas gasosas que ocorrem nos 
pulmões.
Perfusão pulmonar
• PERFUSÃO
• Início no átrio direito;
• Sangue chega da circulação sistêmica ao átrio direito (via veias cava);
• Bombeado pelo ventrículo direito (via artéria pulmonar) para os 
pulmões.
Perfusão pulmonar
• 500 ml sangue na circulação pulmonar (10% do total);
• Repouso: 75 ml na rede alvéolo-capilar;
• Estresse: 150/200 ml (maior recrutamento capilar).
Perfusão pulmonar
• Membrana respiratória: local onde ocorre a troca gasosa entre o ar 
alveolar e o sangue dos capilares;
• Muito fina;
• Composta de membrana alveolar, parede capilar e membranas basais.
Unidade respiratória
Perfusão pulmonar
• Alvéolos
• Responsáveis pela estrutura esponjosa do pulmão;
• Parede comum a dois alvéolos: septo interalveolar;
• Interstício: formado por fibras colágenas, elásticas e proteoglicanas (proteínas 
intracelulares ligadas à estruturas que possuem açúcares);
• Células que revestem os alvéolos:
• Pneumócitos tipo I (pavimentosas);
• Pneumócitos tipo II (cuboidais):
• Apresentam microvilosidades e grânulos de uma secreção denominada surfactante.
Perfusão pulmonar
• Surfactante
• Derivada da contração da expressão “surface active agent” (agente de 
atividade superficial);
• Lipoproteína que reveste a superfície dos alvéolos;
• Fina película de material tensoativo essencial para manter a estabilidade 
alveolar:
• Mantém os alvéolos abertos;
• Diminui a força de coesão entre moléculas de água localizadas na membrana alveolar;
• Mantém o interior dos alvéolos secos;
• Auxilia a difusão dos gases pela membrana alveolar;
• Facilita a distensãodos alvéolos;
• Impede o colabamento de alvéolos quando o recém-nascido entra em contato com o ar.
Perfusão pulmonar
• O fator mais importante para a troca gasosa entre os alvéolos e o sangue 
é o gradiente de pressão entre os gases das duas áreas.
• Pressões parciais dos gases:
• Lei de Dalton: a pressão de uma mistura gasosa é igual a soma das pressões parciais 
de cada gás da mistura.
• Nível do mar ou pressão atmosférica padrão: 760 mmHg
• Nitrogênio PN2 (79,04%): 600,7 mmHg
• Oxigênio PO2 (20,93%): 159,1 mmHg
• Dióxido de carbono PCO2 (0,03%): 0,2 mmHg
• Lei de Henry: gases dissolvem-se em líquidos proporcionalmente às suas pressões 
parciais dependendo também da sua solubilidade em líquidos específicos e da 
temperatura.
Gás % no ar 
seco
Ar seco 
(mmHg)
Ar 
alveolar 
(mmHg)
Sangue 
venoso 
(mmHg)
Gradiente
de difusão 
(mmHg)
Total 100 760 760 760 0
Água* 0 0 47 47 0
Oxigênio 20,93 159,1 104 40 64
Dióxido de 
carbono
0,03 0,2 40 45 5
Nitrogênio 79,04 600,7 569 573 0
Perfusão pulmonar
Ar alveolar
Oxigênio:
104 mmHG
Dióxido de 
carbono:
40 mmHg
Sangue
Oxigênio:
40 mmHG
Dióxido de 
carbono:
45 mmHg
*Solubilidade do dióxido de carbono na 
membrana é 20 vezes maior que o 
oxigênio; pode se difundir muito mais 
rápido.
(exercício)
• Capacidade de difusão do oxigênio: taxa de difusão do oxigênio a 
partir dos alvéolos para o interior do sangue;
• Repouso: 23 ml oxigênio difunde-se no sangue pulmonar por minuto para 
cada 1 mmHg de diferença de pressão entre os alvéolos e o sangue capilar 
pulmonar;
• Exercício: aumenta para 50 ml/min podendo chegar a 80 em remadores.
Trocas gasosas, difusão e transporte de gases
• Transporte de gases via difusão: processo físico e passivo;
• Características circulatórias que facilitam a difusão:
• Grandes superfícies para trocas gasosas;
• Pequena distância da difusão;
• Diferença de gradiente de pressão. 
Transporte de oxigênio
• Transportado pelo sangue combinado à hemoglobina dos eritrócitos 
(~98%) ou dissolvido no plasma sanguíneo (2%);
• Oxigênio ligado à hemoglobina: oxiemoglobina x desoxiemoglobina;
• Ligação do oxigênio à hemoglobina depende da concentração de 
oxigênio do sangue e da força de ligação (afinidade) entre 
hemoglobina e oxigênio.
• Plasma: 50 a 60% do volume sanguíneo 
total;
• 90% água;
• 7% proteínas plasmáticas;
• 3%:
• Nutrientes celulares;
• Eletrólitos;
• Hormônios;
• Enzimas;
• Anticorpos;
• Produtos da degradação metabólica;
• Elementos figurados: 40 a 45% do 
volume sanguíneo total;
• Eritrócitos: 99%;
• Leucócitos e plaquetas: 1%.
(sangue)
(elementos figurados)
• Leucócitos:
• Proteção contra organismos patológicos (destruição direta por fagocitose ou 
formação de anticorpos);
• Plaquetas:
• Fragmentos celulares necessários para a coagulação;
• Eritrócitos.
(elementos figurados)
• Eritrócitos:
• Vivem aproximadamente 120 dias;
• Constituição: 97% de hemoglobina e 3% de água;
• Hemoglobina (proteína dos eritrócitos que atua no transporte gasoso):
• Proteína globina ligada ao pigmento vermelho heme.
Átomo de ferro no 
centro: “pedra no 
anel”.
(elementos figurados)
• (eritrócitos_continuação): 
• Apanham oxigênio no leito capilar dos pulmões;
• Transportam 20% de dióxido de carbono liberado pelos tecidos do corpo;
• Desprovidos de mitocôndrias;
• Cada eritrócito: 250 milhões de moléculas de hemoglobina;
• Hemoglobina: pode se ligar a 4 moléculas de oxigênio; 
• Átomo de ferro: ligação fácil e reversível com o oxigênio;
• Cada eritrócito pode se ligar até 1 bilhão de moléculas de oxigênio.
Transporte de oxigênio
• Se a concentração de oxigênio diminui, a saturação da hemoglobina 
também reduz:
• Efeito Bohr: tendência da hemoglobina liberar oxigênio para os tecidos e 
aumentar a afinidade na difusão/perfusão/hematose;
• Temperatura sanguínea: quanto mais elevada, maior a dissociação de 
oxigênio (nos pulmões é “mais frio”).
Transporte do dióxido de carbono
• Transportado no sangue através de 3 formas:
• Dissolvido no plasma (processo rápido, mas instável – 7 a 10% do total): ácido carbônico 
(H2CO3);
• Bicarbonato (HCO3
-);
• Composto carbomínico.
Transporte do dióxido de carbono
• Íons bicarbonato:
• 60 a 70%;
• Dióxido de carbono e moléculas de água se combinam e formam ácido 
carbônico (H2CO3);
• Ácido instável se dissocia:
• Libera H+ (contribui com o efeito Bohr, aumentando a descarga de oxigênio);
• Formação do íon bicarbonato (HCO3
-);
Transporte do dióxido de carbono
• Carbaminoemoglobina:
• Dióxido de carbono se liga a aminoácidos da parte globina da molécula de 
hemoglobina (não com o grupo heme como faz o oxigênio);
• Varia com a oxigenação da hemoglobina: desoxiemoglobina se liga mais 
facilmente que a oxiemoglobina;
• Varia com a PCO2: dióxido de carbono é liberado da hemoglobina quando a 
PCO2 é baixa (nos pulmões é liberada e expirada).
Equilíbrio ácido-base
• pH em adultos: em torno de 7,35 a 7,45;
• Acidose: excesso de ácido;
• Alcalose: excesso de base;
• Desequilíbrio: comprometimento de processos metabólicos.
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCJPZ9OLJ_8gCFUYYkAodHhoMgw&url=http://www.geocities.ws/carolparada/biofisica/transfusao4.htm&bvm=bv.106923889,d.Y2I&psig=AFQjCNFvlkRVD9lt11DTqAb9G68ZcUkQtQ&ust=1447029018590507
Equilíbrio ácido-base
14
(máximo de 
alcalinidade 
ou carga negativa)
0
(máximo de 
acidez ou
carga positiva)
Equilíbrio ácido-base
• Repouso: mais base (ex. bicarbonato, fosfato e proteínas) do que 
ácidos;
• Manutenção do pH:
• Tampões químicos;
• Ventilação pulmonar;
• Função renal.
Equilíbrio ácido-base
Controle neural da respiração
Controle neural da respiração
• Respiração: controlada por músculos;
• Impulsos nervosos transmitidos do encéfalo aos músculos;
• Centro respiratório:
• Aglomeração de neurônios nas duas laterais do bulbo e na ponte do tronco 
encefálico;
• Neurônios divididos de acordo com funções:
• Área da ritmicidade bulbar;
• Área apnêustica da ponte;
• Área pneumotáxica da ponte.
• Área da ritmicidade bulbar:
• Controle do ritmo básico da inspiração e expiração.
Medula oblonga ou bulbo
• Área apnêustica da ponte:
• Envia impulsos estimuladores para a área inspiratória prolongando a 
inspiração.
• Área pneumotáxica da ponte:
• Impulso inibitório para a região inspiratória;
• Impede enchimento completo dos pulmões “desligando” a região 
inspiratória.
Receptores de estiramento
• Barorreceptores;
• Sensíveis ao estiramento das paredes dos brônquios e bronquíolos 
(reflexo Hering-Breuer);
• Estirados durante a insuflação: enviam impulsos ao longo do nervo 
vago para áreas respiratórias e apnêusticas, INIBINDO-AS;
• Resultado: início da expiração, reduzindo a estimulação dos 
barorreceptores até que uma nova inspiração se inicie.
Receptores químicos
• Quimiorreceptores (neurônios sensíveis a alterações químicas): 
monitoramento de CO2, O2 e H
+;
• Hipóxia, isquemia, acidose, hipercapnia;
• Centrais (localizados no SNC):
• Respondem às alterações de dióxido de carbono e H+;
• Periféricos (nódulos ovulados na parede da carótida e corpos aórticos):
• Alterações CO2, O2 e H+.
(quimiorreceptores)
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCOT-ktSWgckCFYXHkAod_mcMXw&url=http://professorrodrigogimenes.blogspot.com/2011_10_10_archive.html&psig=AFQjCNG4hktZ_NvZ238VIjfxY1z5SMNuKA&ust=1447083976064460
Receptores químicos
• Eliminação de CO2:
• Quimiorreceptores: impulsos para o encéfalo;
• Ativação da área inspiratória;
• Aumento da frequência respiratória;
• *Quando CO2 é menor do que o ideal: quimiorreceptores não são 
estimulados.
Controle neural da respiração
• Conexão córtex cerebral – centro respiratório:
• Controle 100% voluntário por curto período de tempo;
• Evitar riscos à vida (ex. água/gases nas vias aéreas);
• Situações prolongadas: acúmulo de CO2 e H+inevitáveis;
• Área inspiratória totalmente estimulada independente da vontade;
• Hipotálamo e sistema límbico: estímulos emocionais também controlam a 
respiração.
Exercício
• O treinamento aeróbio produz uma adaptação consideravelmente 
menor na estrutura e função pulmonares do que nos sistemas 
cardiovascular e neuromuscular.
Ventilação e metabolismo energético
• Equivalente ventilatório de oxigênio:
• Razão entre volume de ar ventilado (VaV) e a quantidade de oxigênio 
consumida pelos tecidos (VO2);
• Indica a economia da respiração;
• (mensurado em litros de oxigênio respirado por litro de ar consumido por 
minuto).
Ventilação e metabolismo energético
• Ponto de ruptura ventilatório:
• Quando a intensidade do exercício aumenta em direção ao máximo num 
determinado ponto a ventilação aumenta desproporcionalmente em 
comparação com o consumo;
• Quando a taxa de trabalho ultrapassa 55 a 70% VO2max os músculos não 
conseguem suportar as demandas de oxigênio pela oxidação e a glicólise 
ocorre com maior frequência, aumentando H+ e CO2, estimulando 
quimiorreceptores.
Ventilação e metabolismo energético
• Limiar anaeróbio:
• Reflete o limiar de lactato na maioria das condições;
• Acreditava-se que o aumento súbito do CO2 refletia um desvio em direção a 
um metabolismo mais anaeróbio;
• O conceito foi refinado: pode ser determinado através da identificação do 
ponto no qual o equivalente ventilatório de oxigênio (VaV/VO2) apresenta um 
aumento súbito enquanto o VaV/VCO2 permanece estável;
• O aumento do VaV/VO2 indica que um aumento da ventilação para remover o 
CO2 é desproporcional à necessidade do corpo de fornecer O2.
Ventilação pulmonar durante o exercício
• Ajuste bifásico: 
• Sugere que o aumento inicial da ventilação é produzido pela mecânica do movimento 
corporal. Quando o exercício é iniciado, mas antes que ocorra qualquer estimulação 
química, o córtex motor torna-se mais ativo e transmite impulsos estimuladores ao 
centro inspiratório, aumentando a respiração. Além disso a retroalimentação também 
fornece informações sobre o movimento e o centro respiratório.
• Segunda fase dos ajustes: 
• Mais gradual e ocorre em função de alterações na temperatura e da condição química do 
sangue arterial. Além disso receptores do ventrículo direito do coração enviam 
informações ao centro inspiratório, de modo que aumentos do débito cardíaco podem 
estimular a respiração durante os minutos iniciais do esforço.
• Final do exercício:
• Ventilação pulmonar se normaliza numa velocidade relativamente lenta (sugere-se que 
seja regulada pelo equilíbrio ácido-básico, PCO2 e temperatura sanguínea).
Problemas respiratórios durante o exercício
• Dispneia
• Dificuldade respiratória em função do aumento de CO2 e H+; incapacidade de reajustar a 
PCO2 e H+ (ACIDOSE) do sangue.
• Hiperventilação
• Aumento súbito da ventilação que ultrapassa as necessidades metabólicas de oxigênio;
• Em repouso a hiperventilação reduz a PCO2 normal de 40 mmHg nos alvéolos e no sangue 
arterial para cerca de 15 mmHg. Quando o nível de CO2 baixa, H+ também baixa (ALCALOSE). 
Ocorre redução do impulso ventilatório. Como o sangue que deixa os pulmões apresenta uma 
saturação de oxigênio ~98% um aumento da PO2 alveolar não aumenta o conteúdo de 
oxigênio do sangue. Consequentemente, o menor desejo de respirar e a maior capacidade de 
sustentar uma respiração são decorrentes da descarga de CO2 e não do aumento de O2.
• Manobra de Valsalva
• Ocorre quando o sujeito: fecha a glote, aumenta a pressão intra-abdominal (contraindo 
forçadamente o diafragma e os músculos abdominais) e aumenta a pressão intratorácica 
(através da contração forçada dos músculos respiratórios);
• O ar é aprisionado e pressurizado nos pulmões, ocorre restrição do retorno venoso.
(definições)
• Apneia: parada respiratória;
• Dispneia: dificuldade respiratória;
• Taquipneia: aumento dos movimentos respiratórios;
• Bradipneia: diminuição dos movimentos respiratórios.
(apneia do sono)
• Comum em obesos, anormalidades nas vias aéreas superiores, 
condições de edema;
• Hipercapnia e hipoxemia: estimulam quimiorreceptores centrais e 
periféricos;
• Dorme/acorda;
• Pode gerar: hipertensão pulmonar e falência cardíaca direita.
Considerações finais
• Em repouso os músculos respiratórios gastam apenas 2% energia 
total utilizada pelo corpo para a respiração;
• A frequência e a profundidade fazem o gasto aumentar (diafragma, 
músculos intercostais e abdominais podem utilizar mais de 15% do 
oxigênio consumido para a respiração durante o exercício intenso);
• O sistema respiratório é bem projetado para se acomodar às 
demandas da respiração intensa. No entanto indivíduos que 
consomem quantidades incomumente elevadas de oxigênio podem 
se deparar com algumas limitações respiratórias;
Considerações finais
• A resistência das vias aéreas (ocorre dilatação das vias, através da 
abertura laríngea e da broncodilatação) e a difusão gasosa 
geralmente não limitam o desempenho de indivíduos normais 
saudáveis;
• O distúrbio do equilíbrio ácido-básico compromete a contratilidade 
muscular e capacidade de gerar ATP. LACTATO NÃO É VILÃO!
• Retorno do lactato sanguíneo à concentrações de repouso é facilitado 
pelo exercício continuo de baixa intensidade (recuperação ativa).
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