Fisiologia da respiração

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Maria Paula Menossi 
Medicina - UNIMAR 
 
 
Anatomia do sistema respiratório 
Porção condutora: cavidade nasal, faringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos terminais 
Porção respiratória: bronquíolos respiratórios, ducto alveolar, saco alveolar, alvéolos. 
 
FUNÇÕES: 
 Trocas gasosas 
 Função endócrina 
 Reserva sanguínea 
 Defesa 
 Filtração 
 
FISIOLOGIA DA RESPIRAÇÃO 
Ocorre 4 eventos durante o processo fisiológico da respiração: 
1. ventilação pulmonar 
2. difusão de oxigênio e gás carbônico 
3. perfusão 
4. regulação da ventilação 
 
 
É o movimento do ar para dentro dos alvéolos. 
Ventilação = inspiração + expiração 
 
Inspiração 
 Ocorre quando a pressão do ar dentro dos pulmões é inferior do ar na atmosfera  a pressão 
do ar no interior dos pulmões diminui devido ao aumento do volume da caixa torácica 
 Etapas da inspiração: 
Contração do diafragma  aumento do volume torácico  expansão dos pulmões  diminuição da 
pressão intrapulmonar  entrada de ar nos pulmões 
++É um processo ativo, pois envolve a contração dos principais músculos inspiratórios 
 
Expiração 
 Ocorre quando a pressão do ar nos pulmões é maior do que na atmosfera 
 Etapas da expiração: 
Diafragma relaxa  diminuição do volume torácico  retração elástica dos pulmões  aumento da 
pressão intrapulmonar  saída de ar dos pulmões 
 
++É um processo passivo, o pulmão, por ser um órgão composto por fibras elásticas tende a voltar a 
sua forma “normal”. 
 
Músculos da respiração: 
 
 
 
Inspiração: intercostais externos, esternocleidomastóide, serrátil anterior, escaleno 
Expiração: intercostais internos e reto abdominal. 
 
Complacência pulmonar 
É definida como a capacidade do pulmão em ajustar seu volume (expansão ou contração) para cada 
mudança na pressão transpulmonar. 
A complacência depende das forças elásticas do tecido pulmonar e das forças elásticas causadas pela 
tensão superficial. 
++ caso dos tabagistas crônicos: há maior complacência pulmonar resultantes da perda de 
elasticidade 
 
 
 
 
Alvéolos 
São as estruturas funcionais do sistema respiratório – realizam as trocas gasosas. 
A perda do recolhimento elástico e a evidência histológica de dano 
das fibras elásticas (Fe) implicam necessariamente em degradação 
de elastina como um fator chave na patogênese do enfisema. 
 
 
 
Os alvéolos são revestidos interiormente por água. As moléculas de H2O são atraídas umas pelas 
outras, esse movimento tenta mover o ar para fora dos alvéolos, fazendo com que eles tentem 
colapsar. 
a força gerada pelas moléculas de água é denominada força elástica de tensão superficial. 
E, o que impede o colabamento dos alvéolos? 
Os alvéolos adquirem estabilidade devido a 3 fatores: interdependência alveolar, tecido fibroso e 
surfactante. 
 Surfactante – é um fosfolipídio secretado pelos pneumócitos tipo II, sua função é reduzir a 
tensão superficial dentro do alvéolo. 
 Tecido fibroso – os ductos e alvéolos são revestidos por tecido fibroso que agem como 
suporte, para estabilizar os alvéolos. 
 Interdependência alveolar – os alvéolos são grudados uns aos outros, de forma que eles 
compartilham o mesmo septo alveolar, isso impede que o colabamento em forças opostas. 
 
Lei de Laplace: diz que a pressão de colapso gerada nos alvéolos é inversamente proporcional ao raio, 
ou seja, alvéolos menores têm uma maior tendência a entrarem em colapso. 
Pressão = 2x tensão superficial / raio 
 
 
 
Espaços mortos pulmonares 
São locais onde não ocorre trocas gasosas 
Espaço morto anatômico: locais onde não ocorre trocas gasosas por não ter alvéolos, como nas vias 
aéreas superiores (traqueia, brônquios, bronquíolos terminais) tem ar, mas não tem alvéolo. 
Espaço morto alveolar: os alvéolos são ventilados, mas não são perfundidos. 
Espaço morto fisiológico: soma do espaço morto anatômico + espaço morto alveolar. 
 
Volumes e capacidades pulmonares 
Volumes 
Volume corrente: volume de ar inspirado e expirado em uma respiração normal (500mL) 
Volume de reserva inspiratório (VRI): volume de ar que pode ser inspirado em uma inspiração forçada 
(3000mL) 
Volume de reserva expiratório (VRE): quantidade de ar que pode ser expirado por expiração forçada 
(1100mL) 
Volume residual: volume de ar que permanece nos pulmões depois de uma expiração forçada. 
 
 
 
Capacidades: 
Capacidade inspiratória: volume corrente + VRI 
Capacidade residual funcional: VRE + VR. Quantidade de ar que permanece nos pulmões depois de 
uma expiração normal 
Capacidade vital: volume total + VRI + VRE. Quantidade de ar expirada um uma expiração máxima 
depois de uma inspiração forçada. 
Capacidade pulmonar total: volume máximo que o pulmão consegue expandir (5800mL) 
 
Difusão dos gases através dos alvéolos – hematose 
 O oxigênio se difunde dos alvéolos para o sangue pulmonar 
 O dióxido de carbono se difunde do sangue pulmonar para os alvéolos 
A difusão dos gases respiratórios é proporcional à pressão causada por cada gás individualmente 
 
 
 
 
 
 
Composição do ar 
 
Ar atmosférico 
 A pressão depende da altitude: 
 Quanto maior a altitude menor a coluna de ar exercida sobre a região, ou seja, menor pressão 
dos gases e concentração, dos mesmos. 
 O ar atmosférico seco é umidificado na porção condutora antes de atingir os alvéolos 
 
Ar alveolar 
 O ar alveolar é parcialmente substituído pelo ar atmosférico em cada respiração 
 A difusão dos gases ocorre através da membrana respiratória 
 
Composição da membrana: 
 Camada de surfactante 
 
 
 Epitélio alveolar (pavimentoso simples) 
 Membrana basal epitelial 
 Espaço intersticial entre epitélio alveolar e capilar 
 Membrana basal do capilar 
 Endotélio do capilar 
 
Difusão de O2 e CO2 
Oxigênio 
A pressão parcial de oxigênio nos alvéolos é de 104mmHg, já no capilar é de 40 mmHg, portanto, a 
diferença de pressão que faz com que o oxigênio se difunda para o capilar é de 64mmHg. 
A utilização de O2 pode aumentar 20x durante o exercício físico, devido: 
 Aumento da capacidade de difusão 
 Fator de segurança de tempo em trânsito] 
Transporte de O2 no sangue 
Como o oxigênio é transportado? 
 97% de O2 é transportado através da hemoglobina 
 3% de O2 é transportado pelo plasma 
Quanto maior a pressão parcial de O2 maior a quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina. 
 
Fatores que diminuem a afinidade do O2 pela hemoglobina 
 
 
 Aumento da quantidade de H+ no sangue (elevação do pH) – acidose 
 Aumento da temperatura 
 Aumento da PCO2 (pressão parcial de gás carbônico) 
A curva de dissociação oxigênio-hemoglobina sofre um desvio para a direita na presença dos fatores 
acima, esse desvio para a direita mostra que houve diminuição da afinidade do oxigênio pela 
hemoglobina, ou seja, o oxigênio se desliga da hemoglobina para ser utilizada nos tecidos. 
Cada molécula de hemoglobina pode se ligar a 4 moléculas de oxigênio, depois que uma molécula de 
oxigênio realizar essa ligação, a afinidade da hemoglobina a segunda molécula de O2 aumenta e assim 
por diante. 
 
++por que intoxicação por monóxido de carbono é tão perigosa? 
Devido à grande afinidade do CO com a hemoglobina. O monóxido de carbono tem 250x mais 
afinidade com a hemoglobina e se liga no mesmo ponto em que a molécula de oxigênio, o que torna 
a hemoglobina indisponível para o transporte de oxigênio. 
Para reverter a intoxicação deve-se utilizar tratamento com oxigênio puro (100%), a fim de aumentar a 
pressão parcial de O2 e permitir que o oxigênio volte a se ligar na hemoglobina. 
 
Gás carbônico 
O dióxido de carbono consegue difundir-se 20x mais rápido que o oxigênio através da membrana 
respiratória. 
Transporte de CO2 no sangue 
 Transporte na forma de íons bicarbonato – 70% 
 
O dióxido de carbono é dissolvidona água, no interior das hemácias, e forma o ácido carbônico 
(H2CO3). Essa reação é catalisada nas hemácias pela enzima anidrase carbônica que converte o ácido 
em íons bicarbonato e íons de hidrogênio (H+) 
 
 
 
 Transporte em combinação com a hemoglobina – 23% 
O gás carbônico se liga com a hemoglobina é forma a carbo-hemoglobina (HbCO2). Essa combinação 
é facilmente rompida nos alvéolos, local onde a pressão parcial de dióxido de carbono é baixa. 
 
 Transporte no estado dissolvido – 7% 
Dissolvido no plasma 
 
 
 
 
 
 
 
Consiste no transporte de oxigênio e dióxido de carbono para os tecidos periféricos. 
 
Ventilação-perfusão alveolar 
Efeito Bohr 
Representa a afinidade da hemoglobina 
pelo oxigênio em função do pH. 
Quando a quantidade de CO2 (HCO3
- e H+) 
estiver elevada o oxigênio se desliga com 
maior facilidade da hemoglobina. 
Efeito Haldane 
Se refere à tendência CO2 em deixar o sangue. 
Quando ocorre aumento da quantidade de O2 ligada à hemoglobina que 
impede que essa se ligue ao CO2, isso promove a acidificação do sangue 
(aumento de H+). 
Os íons de hidrogênio se ligam aos íons bicarbonato  formam ácido 
carbônico que se dissocia em H20 e CO2. 
Com o aumento da quantidade de CO2 no sangue ocorre maior eliminação 
de CO2 para os alvéolos, para igualar as pressões desse gás. 
 
 
 
 
Um alvéolo é ventilado quando ele recebe ar da atmosfera, mas nem todo alvéolo ventilado é capaz 
de realizar trocas gasosas. 
Para que a hematose ocorra o alvéolo também precisa ser perfundido, ou seja, precisa de um capilar 
próximo. 
 
Razões entre ventilação/perfusão: 
 V/Q = 0  significa que não há ventilação alveolar (0/100= 0) 
 V/Q = infinito  não há fluxo de sangue para realizar hematose (100/0=infinito) 
 V/Q = 1  ventilação e perfusão estão normais (100/100=1) 
 
Efeito Shunt: acontece quando essa relação está desequilibrada e a perfusão excede a 
ventilação, causando hipoxemia, que é a insuficiência de oxigênio no sangue. 
 
ZONAS PULMONARES 
 
 
 
Zona 1 
Mais próxima ao ápice - ausência de fluxo sanguíneo em todas as partes do ciclo cardíaco 
Pressão alveolar > pressão da artéria pulmonar 
V>Q, portanto não há fluxo sanguíneo – espaço morto anatômico 
 
Zona 2 
Zona média do pulmão – fluxo sanguíneo intermitente 
Pressão artéria alveolar > p. alveolar > p. veias pulmonares 
Fluxo alveolar intermitente depende da diferença arterial-alveolar 
 
Zona 3 
Base do pulmão – fluxo sanguíneo contínuo 
Pressão arterial e venosa > pressão alveolar 
Os capilares permanecem abertos e o fluxo é determinado pela diferença de pressão arterio-venosa. 
 
 
O objetivo da respiração é manter as concentrações fisiológicas de oxigênio, dióxido de carbono e ions 
hidrogênio nos tecidos. 
Para que isso ocorra o sistema respiratório possui dois centros de controle da respiração: centro 
respiratório central e quimiorreceptores periféricos 
 
Centro respiratório central 
Recebe estímulos neurais (Feedback dos músculos) e humorais (Alteração dos níveis de CO2 no 
sangue. 
 
 Grupo respiratório dorsal: responsável pelo ritmo básico da respiração. Emite potenciais de 
ação inspiratórios. Recebe a entrada de quimiorreceptores periféricos. 
 Centro pneumotáxico: limita a inspiração transmitindo inibidores para o grupo respiratório. 
 Grupo respiratório ventral: atua na inspiração e na expiração. 
 
 
 
O centro respiratório responde ao aumento nos níveis de CO2 e H
+ 
Os neurônios presentes na área quimiossensível são excitados pelos íons H+, porém esses íons 
(presentes na corrente sanguínea) não atravessam facilmente a membrana hematoencefálica. 
Reflexo de Hering-Breuer 
Ativado por receptores nas paredes dos bronquíolos quando há hiperinsuflação 
dos pulmões. 
Esses receptores enviam sinais para o centro respiratório dorsal para impedir a 
inspiração exacerbada. 
 
 
 
Então, como os quimiorreceptores são ativados pelos íons de hidrogênio? 
os íons H+ presentes no cérebro são provenientes do dióxido de carbono. 
O CO2 atravessa facilmente a barreira hematoencefálica e se difunde por todo o cérebro. Lá ele reage 
com a água formando o H2CO3 (ácido carbônico) que irá se dissociar em íons bicarbonato e íons de 
hidrogênio (H+). Assim, os íons de hidrogênio estimulam diretamente o centro respiratório, 
aumentando a força dos sinais inspiratórios e expiratórios. 
 
A estimulação do centro respiratório proveniente do aumento da concentração de CO2 tem efeito 
apenas a curto prazo, após 1 ou 2 dias o grau de excitação diminui. Isso acontece pois os rins 
aumentam a quantidade de íons bicarbonato (HCO3
-) no sangue, que atravessam e barreira 
hematoencefálica e neutralizam os íons H+ que se encontram perto dos neurônios respiratórios. 
 
Quimiorreceptores periféricos 
Estão localizados fora do sistema nervoso central. 
Respondem à diminuição da pressão parcial de oxigênio. 
Os dois quimiorreceptores associados com o controle da respiração são: corpos carotídeos e corpos 
aórticos. 
 
 
 
A diminuição na quantidade de oxigênio inspirada, leva à diminuição da PCO2 parcial excitando os 
quimiorreceptores carotídeos e aórticos que, através de suas fibras nervosas aferentes, transmitem 
sinais nervosos ao centro respiratório. 
Esses sinais estimulam o centro respiratório aumento a respiração, a fim de aumentar a quantidade de 
oxigênio no sangue. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referência: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maria Paula Menossi 
Medicina – UNIMAR