Regulação da Respiração - FISIOLOGIA

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FISIOLOGIA: RESPIRAÇÃO 
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Regulação da Respiração 
 A regulação da respiração e feita pelo sistema 
nervoso, que controla as pressões parciais de O2 (Po2) 
e do CO2 (Pco2) no sangue arterial. 
 
Centro respiratório 
 O centro respiratório está presente no bulbo e na 
ponto do tronco encefálico; ele é dividido em 3 
porções: 
• Grupo respiratório dorsal: fica na porção dorsal do 
bulbo (no núcleo do trato solitário – NTS) e é 
responsável pela inspiração 
• Grupo respiratório ventral: localizado na parte 
ventral do bulbo (no núcleo ambíguo, rostral e 
retroambíguo) e é encarregado da expiração e em 
parte da inspiração 
• Centro pneumotáxico: fica na porção dorsal 
superior da ponte (núcleo parabraquial), faz o 
controle da frequência e da amplitude respiratória 
OBS! O NTS corresponde à terminação nervosa dos 
nervos Vago e Glossofaríngeo; esse núcleo recebe 
sinais sensoriais de quimiorreceptores periféricos, 
barorreceptores e receptores nos pulmões. 
 
Grupo respiratório dorsal 
 O grupo respiratório dorsal dita o ritmo básico 
das respirações. Os neurônios dessa região 
apresentam uma taxa rítmica de descarga de 
potencias de ação neuronais inspiratórios. 
 Os sinais inspiratórios desse grupo para os mm. 
inspiratórios são em formato de “rampa”, ou seja, 
ocorre uma elevação constante do sinal por cerca de 
2 segundos, que faz com que esses músculos vão se 
contraindo continuamente durante esse tempo. Esse 
processo faz com que ocorra um aumento constante 
do volume dos pulmões na inspiração, e não 
“golfadas” inspiratórias. Após a inspiração, ocorre 
interrupção abrupta do sinal durante cerca de 3 
segundos, o que permite a retração elástica dos 
pulmões (expiração), da parede torácica e 
relaxamento dos mm. inspiratórios. Em seguida, 
ocorre novamente o início do sinal em rampa, 
criando o ciclo respiratório. 
 Então, essa rampa inspiratória tem duas 
qualidades passíveis de serem controladas, a sua (1) 
velocidade e sua (2) interrupção: 
1. A velocidade com que ocorre o aumento do sinal 
de rampa pode ser controlada; quanto mais 
intenso o sinal, mais rapidamente ocorre a 
expansão dos pulmões 
2. O controle do ponto limítrofe da interrupção 
súbita da rampa faz o controle da frequência 
respiratória; quanto mais precocemente ocorrer a 
interrupção abrupta do sinal inspiratório, menor 
será a duração da inspiração e, logo, menor será a 
duração da expiração, aumentando a frequência 
respiratória (FR) 
 
Centro pneumotáxico 
 Esse centro faz principalmente a regulação do 
grupo respiratório dorsal. Ele controla o ponto de 
desligamento do sinal em rampa durante a fase de 
expansão do ciclo pulmonar. 
 Logo, o centro pneumotáxico regula a FR, pois 
regula o tempo de duração da inspiração e, por 
conseguinte, da expiração também. Um sinal intenso 
do centro sobre o grupo dorsal,  (diminui) o 
período de inspiração,  o período de expiração,  
(aumenta) a FR. O contrário também é verdade, 
pouco sinal do centro faz um  do período de 
inspiração,  da expiração,  da FR. 
 
Grupo respiratório ventral 
 Esse grupo permanece praticamente inativo 
durante a respiração normal e tranquila, já que a 
expiração nesse momento é mediada principalmente 
pela retração elástica pulmonar e da caixa torácica. 
 Todavia, quando o impulso respiratório do 
grupo dorsal se trona mais repetitivo/intenso, e 
tende para o  da ventilação pulmonar, ocorre a 
propagação do estímulo nervoso para esse grupo 
ventral. Dessa forma, esse grupo contribui 
Figura 1. Retrata a localização dos grupos dorsal, ventral e centro 
pneumotáxico da respiração no tronco encefálico. Mais adiante será melhor 
retratado sobre a função de cada um deles. 
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principalmente para momentos de inspiração 
vigorosa (atuação de músculos acessórios), bem 
como a expiração intensa (atuação principalmente 
dos músculos abdominais). 
 Sendo assim, esse grupo ventral atua como um 
mecanismo suprarregulatório, quando ocorre 
necessidade de alto nível de ventilação pulmonar, 
como um uma atividade física intensa. 
 
Reflexo de insuflação de Hering-Breuer 
 Nas paredes musculares dos brônquios, 
bronquíolos e em todo parênquima pulmonar, há 
receptores de estiramento, que transmitem sinais de 
quando os pulmões estão excessivamente insuflados 
pelos nervos vagos para o grupo respiratório dorsal. 
Esses sinais fazem o mesmo mecanismo do centro 
pneumotáxico no grupo dorsal, que é de interromper 
a rampa respiratória, interrompendo a inspiração, 
evitando lesões no parênquima pulmonar. Esse 
mecanismo e chamado de reflexo de insuflação de 
Hering-Breuer. 
 Logo, esse reflexo é um sistema de feedback 
negativo, em que a insuflação excessiva interrompe 
uma maior inspiração, diminuindo a insuflação. 
 Em seres humanos, o reflexo de Hering-Breuer 
provavelmente não é ativado até que o volume 
corrente aumente para valor superior a três vezes o 
normal (> que cerca de 1,5 litro por movimento 
respiratório). 
 
CONTROLE QUÍMICO DA RESPIRAÇÃO PELO Pco2 
E pH – ÁREA QUIMIOSSENSÍVEL 
 O excesso da [CO2] ou [H+] no sangue atua de 
forma direta no centro respiratório, gerando 
aumento na intensidade da respiração. Já o O2 não 
tem efeito direto sobre o centro, ele atua 
indiretamente por meio dos quimiorreceptores 
periféricos, que transmitem sinais neurais para o 
centro respiratório. 
 
Controle químico do CO2 e do H+ 
 No bulbo, além das 3 áreas citadas, existe 
também a área quimiossensível, situada a 0,2 mm da 
superfície ventral do bulbo. Esse local é muito 
sensível às alterações de Pco2 ou da [H+], e, quando 
estimulado, atua sobre as outras porções do centro 
respiratório, principalmente o grupo ventral do 
centro respiratório. 
 O CO2 apresenta potente efeito direto sobre a 
estimulação dos neurônios da área quimiossensível, 
mas também tem um potente efeito indireto. Esse 
efeito indireto é baseado na ideia de que o CO2, com 
a anidrase carbônica, é transformado em H2CO3, que 
se dissocia em H+ e bicarbonato; logo, os íons H+ 
formados no bulbo também atuam sobre a área 
sensível. 
 Vale frisar, todavia, que os íons hidrogênio 
sistêmicos têm pouca ou quase nula atuação sobre a 
à área quimiossensível, pois esse composto é 
barrado pela barreira hematoencefálica. Ou seja, os 
H+ que atuam sobre o bulbo são provenientes, na 
verdade, da dissociação do H2CO3. Além disso, vale 
lembrar que o CO2, por ser um gás altamente 
lipossolúvel, pode transitar por essa barreira 
livremente, o que reforça o fato dessa atuação direta 
e indireta do CO2 sobre tal área. 
 Portanto, pode-se concluir que variações da Pco2 
arterial trazem grandes variações da estimulação da 
área quimiossensível bulbar, que, por sua vez, 
estimula o grupo ventral a fazer um aumento da 
ventilação pulmonar (potencializa a respiração) 
 Todavia, o CO2 tem potente atuação direta e 
indireta sobre a área quimiossensível apenas de 
maneira aguda, de maneira crônica esse efeito reduz 
substancialmente. Isso se deve, pois, com grande 
Pco2 arterial, os rins atuam fazendo o aumento do 
bicarbonato (HCO-3) sanguíneo, que se une aos H+ no 
sangue e, posteriormente, no bulbo (atravessa a 
barreira hematoencefálica). Assim, no início do 
aumento da Pco2 arterial, ocorre elevada excitação da 
área quimiossensível, mas, nos dias subsequentes, 
esse efeito é reduzido gradativamente pelo reajuste 
renal. 
Figura 2 Demonstra a área quimiossensível e a atuação dos íons 
hidrogênio sobre ela. Note que o CO2 também atua sobre essa área por 
meio da formação do ácido carbônico, que, por sua vez, se dissocia em H+ 
e bicarbonato. 
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OBS! Os limites normais de variação da Pco2 é de 35 
a 75 mmHg; já de pH é de 7,3 a 7,5. 
 
CONTROLE QUÍMICO DA RESPIRAÇÃO PELO O2 – 
SISTEMA QUIMIORRECEPTOR PERIFÉRICO 
 Como dito anteriormente, o O2 não apresenta 
efeito direto sobre a área quimiossensível, devido à 
grande ação tamponante da hemoglobina sobre o 
O2 inspirado, que é distribuído igualmente pelo 
organismo. Entretanto, o O2tem efeito indireto sobre 
a respiração por meio do sistema quimiorreceptor 
periférico. 
 
Quimiorreceptores periféricos 
 Os quimiorreceptores periféricos são receptores 
químicos neurais presentes em áreas externas do 
cérebro, como no corpo carotídeo e nos corpos 
aórticos. Eles são importantes para a detecção de 
variações sanguíneas de O2 e, em menor parte, do 
CO2 e H+. 
• Corpos carotídeos: localizados na bifurcação das 
artérias carótidas comuns. Desses corpos, 
projetam-se fibras nervosas aferentes que cursam 
pelos nervos de Hering e, em seguida, para os 
nervos glossofaríngeos e para a área respiratória 
dorsal do bulbo. 
• Corpos aórticos: situados ao longo do arco da 
aorta; fibras aferentes saem desses corpos e 
cursam pelo nervo vago até também à área 
respiratória dorsal do bulbo. 
 A  da Po2 causa  da atividade dos 
quimiorreceptores periféricos, que  a atividade do 
grupo respiratório dorsal; o  da Pco2 e o  [H+] 
causa  da atividade dos quimiorreceptores 
periféricos. Nas duas situações, o contrário também 
é verdade. 
 Vale ressaltar que, no caso da Pco2, o efeito dele 
na atuação direta e indireta sobre a área 
quimiossensível do centro respiratório é muito mais 
eficiente do que a sua atuação na respiração pelos 
quimiorreceptores periféricos. Todavia, essa 
Figura 3 O gráfico demonstra o efeito do aumento do Pco2 sanguínea 
arterial (linha vermelha) e da redução do pH arterial (linha azul) na 
ventilação alveolar. Note a diferença do excelente efeito da variação de Pco2 
comparado ao baixo efeito da variação da [H+], pois, como dito 
anteriormente, o H+ sistêmico não tem efeito direto na área quimiossensível, 
ele apenas tem efeito nos receptores periféricos (mais detalhado adiante). 
Figura 4 Localização e curso dos corpos carotídeos e corpos aórticos 
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estimulação periférica é muito mais rápida do que a 
central, o que pode ser importante em momentos de 
variações bruscas de Pco2 e [H+], como no início da 
atividade física. 
 Já com relação ao O2, a atuação deles sobre os 
quimiorreceptores ocorre da seguinte maneira: 
1. Células quimiorreceptoras, chamadas de células 
glomosas, presentes nos quimiorreceptores 
periféricos, apresentam canais de potássio 
sensíveis ao oxigênio; quando ocorre a  da Po2, 
os canais se inativam 
2. Essa inativação provoca a despolarização das 
células, abrindo canais de cálcio ativados por 
voltagem,  a [Ca+2] intracelular 
3. Esse cálcio estimula a liberação de 
neurotransmissores, como acetilcolina e ATP, na 
fenda sináptica junto ao neurônio aferente 
4. O neurônio aferente é despolarizado e leva a 
informação de hipóxia ao centro respiratório 
Efeito da Po2 baixa na ventilação alveolar 
 Em um cenário em que os níveis sanguíneos de 
CO2 e H+ se mantêm constantes em níveis normais e 
apenas ocorre uma variação da Po2 arterial, ocorre os 
seguintes processos: 
• Quando a Po2 > 100 mmHg: efeito dos 
quimiorreceptores periféricos é quase nulo 
• Quando a 60 < Po2 < 100 mmHg: a ventilação 
pulmonar se duplica 
• Quando a Po2 < 60 mmHg: ventilação pulmonar 
pode aumentar até 5x 
 
OBS! Apesar da hipóxia apresentar um certo efeito 
na ventilação pulmonar, os controladores químicos 
da ventilação mais potentes são os efeitos diretos do 
CO2 e H+ na área quimiossensível do centro 
respiratório. Isso se deve, pois a Po2 normalmente 
não chega a níveis muito baixos. 
 
Efeito da aclimatação 
 A aclimatação é o efeito de quando alpinistas, 
após dias seguidos de escalada lenta, apresentam 
respirações muito mais profundas, conseguindo 
suportar baixas concentrações de O2. A causa desse 
processo é que, após alguns dias sob atuação do 
CO2 e H+, a área quimiossensível do centro 
respiratório perde sua sensibilidade às alterações 
desses componentes. Portanto, a eliminação 
ventilatória do excesso de CO2, que inibiria o 
aumento na frequência respiratória, em condições 
normais não ocorre e, consequentemente, baixos 
teores de O2 podem conduzir o sistema respiratório 
Figura 5 Esquema que demonstra o mecanismo de ativação da células 
glomosas e da transmissão do sinal para os neurônios aferentes 
Figura 6 A curva inferior demonstra o efeito de diferentes níveis da Po2 
arterial sobre a ventilação alveolar, mostrando aumento por seis vezes 
da ventilação, à medida que a Po2 diminui de 100 mmHg (nível normal) 
para 20 mmHg. A linha superior demonstra a manutenção da Pco2 
arterial em nível constante, durante as medidas desse estudo; o pH 
também se manteve constante. 
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a níveis muito mais altos de ventilação alveolar do 
que sob condições agudas. 
 
ANÁLISE DO GRÁFICO DOS EFEITOS 
COMBINADOS DA PCO2, DO PH E DA PO2 
 
REGULAÇÃO DA RESPIRAÇÃO DURANTE O 
EXERCÍCIO 
 Na atividade física vigorosa, ocorre um  
consumo de O2 e  liberação de CO2; então, a 
ventilação alveolar aumenta proporcionalmente a 
esse aumento metabólico. Portanto, os níveis de Po2, 
Pco2 e o pH arteriais se mantêm quase precisamente 
normais; dessa forma, já que vimos até agora que a 
ventilação alveolar muda apenas com a estimulação 
do centro respiratório pela variação dos níveis de O2 
e CO2 arteriais, como, então, acontece o aumento da 
ventilação alveolar? 
 Esse processo é possível, pois, acredita-se que o 
encéfalo, durante a transmissão do impulso nervoso 
para os músculos participantes da atividade física, 
transmita também impulsos colaterais para o tronco 
cerebral, que estimulam o centro respiratório. 
 Na verdade, quando a pessoa começa a se 
exercitar, grande parte do aumento global da 
ventilação se inicia, imediatamente, com o começo 
da atividade física, antes que qualquer substância 
química sanguínea tenha tido tempo de se alterar. 
 
 Além disso, é importante reforçar que os 
impulsos neurais diretos sobre o centro ventilatório 
ocorrem um pouco antes do significativo aumento do 
consumo de O2 e liberação de CO2, ou seja, um 
pouco antes da real alteração metabólica dos 
músculos. Isso é importante para preparar o 
organismo e dar O2 suficiente para iniciar a atividade 
física. 
 
 
 
Figura 7. O gráfico demonstra duas famílias de curvas, as feitas em pH 
sanguíneo = 7,4 (vermelhas) e as em pH sanguíneo = 7,3 (verdes); em cada 
curva dessas famílias foi pego um valor fixo de Po2 (demonstrado na parte de 
cima de cada curva) e variado o Pco2 crescentemente de acordo com a escala 
de Pco2 alveolar (mmHg) e, então, analisado a mudança na ventilação 
pulmonar com a variação do Pco2 alveolar. 
 Assim, pegando como exemplo a linha vermelha com valor fixo de Po2=40 
mmHg, temos que ocorreu um acentuadíssimo aumento da ventilação alveolar, 
apesar da pouquíssimo aumento da Pco2 alveolar (de 38 para 39 mmHg), pois, 
nesse caso, há grande influência dos quimiorreceptores periféricos que levam 
grande informação de hipóxia para o centro respiratório, causando aumento 
da ventilação pulmonar rapidamente. Comparando com a linha vermelha que 
teve Po2=100 mmHg (valor normal da pressão parcial de O2 arterial), observa-
se que a ventilação pulmonar aumentou apenas com a elevação da Pco2 
alveolar, já que não mais ocorre as informações de hipóxia pelos 
quimiorreceptores periféricos; então, os únicos mecanismo atuantes no 
aumento da ventilação pulmonar são os efeitos diretos do CO2 e do H+ na área 
quimiossensível do centro respiratório. 
 Agora comparando as duas famílias de curvas (verdes e vermelhas), 
observa-se que no pH=7,3 ocorre uma maior facilidade de aumento da 
ventilação alveolar com menor variação da Pco2, comparado às curvas com 
pH=7,4. Isso se deve, pois nas curvas verdes, além da atuação do CO2 na área 
quimiossensível e da hipóxia nos quimiorreceptores periféricos, há também a 
atuação do H+ sistêmico sobre os receptores periféricos, o que potencializa o 
aumento da ventilação pulmonar. 
Figura 8 Gráfico que retrata o efeito do exercício físico sobre o consumo de 
oxigênio e a frequência ventilatória. Note que a ventilação pulmonar 
aumenta de acordo com a intensidadedo exercício físico, que, no gráfico, é 
traduzido pelo consumo de O2 arterial. Esse aumento ventilatório é 
promovido principalmente por impulsos colaterais encefálicos, como já 
explicitado. 
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 Vale ressaltar, todavia, que essa resposta neural 
de mudança da ventilação pulmonar imediatamente 
antes do exercício se iniciar é mais potente em 
pessoas que se exercitam regularmente. Ou seja, 
essa é uma respostas “aprendida”, em que o cérebro 
fica progressivamente mais apto a produzir sinais 
apropriados para manter a Po2 sanguínea na 
atividade física. Em pessoas não treinadas, o efeito 
neural sobre o centro respiratório não é suficiente 
nesse momento, então, os fatores químicos de 
alteração dos níveis de Pco2, H+ e Po2 entram em ação 
(atuam sobre o centro respiratório para  a 
ventilação alveolar). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OUTROS FATORES QUE INFLUENCIAM A 
RESPIRAÇÃO 
Controle voluntário da respiração 
 Sabemos da possibilidade do controle voluntário 
da respiração por curtos períodos e, ainda, as 
possíveis atividades de hiper ou hipoventilação, 
capazes de provocar sérios distúrbios da Pco2, do pH 
e da Po2 no sangue. O leitor agora, por exemplo, 
começará a ter controle total da respiração e terá que 
lembrar a todo momento de respirar... 
 
Anestesia 
 Alguns anestésicos têm efeitos mais 
consideráveis na depressão do centro respiratório, 
podendo ocasionar até paradas respiratórias. 
 
Respiração periódica - respiração de Cheyne-Stokes 
 A respiração periódica é uma anormalidade 
respiratória que ocorre em várias condições 
Figura 9 Modificações da ventilação alveolar (curva inferior) e da Pco2 
arterial (curva superior) durante o período de 1 minuto de exercício e, 
também, após seu término. Note que imediatamente antes do exercício 
iniciar de fato, ocorre um aumento abrupto da ventilação alveolar devido 
aos impulsos neurais colaterais sobre o centro respiratório. Assim, ocorre 
uma diminuição consequente da Pco2 arterial no início do exercício, mas, 
com a maior liberação de CO2 pelos músculos durante a atividade física, 
os valores de Pco2 se normalizam (visto esses processos no gráfico). Além 
disso, é perceptível que ao fim do exercício, a ventilação decai 
abruptamente, causado pelo interrompimento dos impulsos neurais 
colaterais, o que causa um aumento vertiginoso da Pco2, já que os 
músculos ainda continuam liberando CO2 por um pequeno período; por 
conseguinte, ocorre aumento da ventilação pulmonar devido a atuação 
direta do CO2 na área quimiossensível do centro respiratório, aumentando 
a ventilação pulmonar (pico final visto no gráfico da ventilação). 
Figura 10 Nesse gráfico demonstra-se o aumento da Pco2 em dois 
momentos diferentes, quando a pessoa está se exercitando (linha 
vermelha) e quando a pessoa está em repouso (linha verde). Note que no 
exercício, ante mesmo do aumento da Pco2, a ventilação pulmonar já está 
aumentada; já quando ocorre o aumento da Pco2 em repouso, o aumento 
da ventilação é progressivo com o aumento da Pco2 e é mediado 
principalmente pela atuação direta do CO2 na área quimiossensível do 
centro respiratório. 
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patológicas; ela é caracterizada por uma pessoa que 
tem respiração profunda por um curto intervalo de 
tempo e, em seguida, apresenta respiração 
superficial ou ausente por intervalo adicional, com 
repetição frequente desse ciclo. 
 O tipo mais comum de respiração periódica, a 
respiração de Cheyne-Stokes, se caracteriza por 
movimento respiratório lento crescente e 
decrescente, que ocorre a cada 40 a 60 segundos. O 
mecanismo dessa respiração ocorre da seguinte 
maneira: 
1. Pessoa respira excessivamente por um período: → 
 a Po2 e  a Pco2 
2. Então, essa sangue pulmonar muito oxigenado é 
transportado para o cérebro após alguns 
segundos 
3. Ocorre inibição da ventilação excessiva no centro 
ventilatório (falta de CO2 para estimular a área 
quimiossensível), deprimindo muito esse centro, o 
que reduz acentuadamente a ventilação pulmonar 
4. Com a depressão do centro ventilatório, ocorre  
da Pco2 e  da PO2 
5. CO2 tem atuação direta na área quimiossensível e 
a falta de O2 nos quimiorreceptores periféricos 
6. Estimulação aguda do centro ventilatório → 
hiperventilação (ciclo se repete) 
 
 A respiração de Cheyne-Stokes é “amortecida” 
em condições fisiológicas, pois os líquidos do sangue 
e as áreas de controle do centro respiratório contêm 
grande quantidade de CO2 e de O2 dissolvidos, 
impedindo os pulmões de alterarem os níveis desses 
compostos ao ponto de induzir o início do ciclo da 
respiração de Cheyne-Stokes. As causas principais 
dessa respiração são: 
• Pacientes com insuficiência cardíaca: nesses casos, 
o sangue ficas mais tempo que o usual nos 
pulmões, o que causa uma elevada troca gasosa, 
deprimindo o centro ventilatório e iniciando o 
ciclo 
• Aumento do feedback nas áreas de controle 
respiratório – pacientes com danos no centro 
respiratório do cérebro: Por exemplo, em vez da 
ocorrência de aumento normal de 2 a 3 vezes da 
ventilação, quando a Pco2 aumenta por 3 mmHg, 
a mesma elevação de 3 mmHg pode aumentar a 
ventilação por 10 a 20 vezes, o que causa uma 
hiperventilação e, por conseguinte, o início do 
ciclo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11 Respiração de Cheyne-Stokes, mostrando a modificação da 
Pco2 no sangue pulmonar (linha vermelha) e as mudanças tardias da 
Pco2 dos líquidos do centro respiratório (linha azul).