Sistema Respiratório

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Sistema Respiratório
Estruturas do sistema respiratório: Sistema condutor, ou vias aéreas; Alvéolos associados aos
capilares pulmonares formam a superfície de troca gasosa; Ossos e os músculos do tórax e abdome
que auxiliam na ventilação.
Os pulmões podem ser expandidos e contraídos de 2 maneiras: 1-Movimentos do diafragma, quando
inspira ele se contrai puxando as superfícies inferiores do pulmão, e quando expira o diafragma
relaxa. 2- Os músculos que elevam a caixa torácica para inspiração (intercostais externos,
esternocleidomastoideo, serráteis anteriores e escalenos), e músculos que puxam a caixa torácica na
expiração ( reto do abdome e intercostais internos).
As vias aéreas semirrígidas – os brônquios – conectam os pulmões à via aérea principal, a traqueia.
Cada pulmão é rodeado por um saco pleural de parede dupla, pleura parietal e visceral, entre elas
tem o líquido pleural (serve para lubrificar a movimentação dos pulmões e os mantém aderidos à
parede torácica).
O ar entra dentro do trato respiratório através da boca e nariz, passa pela faringe, laringe, traqueia,
brônquio, nos pulmões tem os bronquíolos que vão se ramificando até a transição entre vias aéreas e
o epitélio de troca do pulmão.
Funções da respiração:
2.Troca de gases entre a atmosfera e o sangue. O corpo traz o O2 e o distribui para os tecidos,
eliminando o CO2 produzido pelo metabolismo
2. Regulação homeostática do pH do corpo. Os pulmões podem alterar o pH corporal retendo ou
eliminando seletivamente o CO2.
3. Proteção contra patógenos e substâncias irritantes inalados. Assim como todos os outros epitélios
que têm contato com o meio externo, o epitélio respiratório é bem suprido com mecanismos de
defesa que aprisionam e destroem substâncias potencialmente nocivas antes que elas possam entrar
no corpo.
4. Vocalização. O ar move-se através das pregas vocais, criando vibrações usadas para falar, cantar
e outras formas de comunicação.
Além disso é uma fonte significativa de perda de água e de calor, em compensação homeostática.
Traqueia e brônquio; A filtração do ar ocorre na traqueia e nos brônquios, são revestidos com um
epitélio ciliado, cujos cílios são banhados por uma camada de solução salina (camada salina aquosa
sob o muco é essencial para o movimento mucociliar funcional), produzida pelas células epiteliais
quando o Cl é secretado para o lúmen por canais de ânions apicais que atraem Na para o lúmen
através da via paracelular, esse movimento de soluto faz a água ir em direção a via aérea. Esses
íons passam pelo canal CFTR (mau funcionamento causa fibrose cística). Nos cílios há uma camada
de muco (secretado pelas células caliciformes) que prende partículas inaladas, os movimentos
ciliares envia esse conteúdo a faringe onde ele poderá ser expelido ou deglutido. Sem a camada de
solução salina, os cílios ficam presos no muco espesso e viscoso, perdendo a capacidade de
movimentar-se. O muco não pode ser eliminado, e as bactérias colonizam as vias aéreas, resultando
em infecções pulmonares recorrentes.
Alvéolos: Se localizam nas extremidades dos bronquíolos terminais, tendo como função a troca
gasosa. Possui dos tipos celulares, sendo maioria para trocas gasosas, células alveolares tipo I e a
outra para produção de surfactante (reduz a força de atração da água), células alveolar tipo II.
Circulação Pulmonar: A circulação pulmonar inicia com o tronco pulmonar, o qual recebe sangue com
pouco oxigênio do ventrículo direito. O tronco pulmonar divide-se em duas artérias pulmonares, uma
para cada pulmão. O sangue oxigenado dos pulmões retorna ao átrio esquerdo pelas veias
pulmonares. A taxa de fluxo sanguíneo e alta, pois recebe todo sangue que do ventrículo direito,
porém sua pressão é baixa (resistência pulmonar é baixa).
A pressão hidrostática resultante que filtra o líquido de um capilar pulmonar para o espaço intersticial
é baixa, uma vez que a pressão sanguínea média é baixa, logo pouco líquido no meio intersticial é
mínimo (sistema linfático ajuda). Como consequência o espaço aéreo alveolar e o endotélio capilar é
pequena, o que facilita trocas gasosas.
Como ocorre o fluxo de ar: O fluxo ocorre de regiões de mais pressão para menos pressão; um
músculo vai criar esse gradiente de pressão; A resistência ao fluxo de ar é influenciada
principalmente pelo diâmetro dos tubos pelos quais o ar está fluindo.
Se o volume é diminuído a pressão aumenta, pois terá maior colisão de moléculas de gases. Quando
o volume do tórax aumenta, a pressão alveolar diminui, e o ar flui para dentro do sistema respiratório.
Quando o volume do tórax diminui, a pressão alveolar aumenta, e o ar flui para a atmosfera.
Testes de função pulmonar usam um espirômetro, um instrumento que mede o volume de ar movido
a cada respiração.
Ventilação:
A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui, durante a inspiração o volume torácico
aumenta quando certos músculos da caixa torácica (contraem e traciona as costelas para cima e
para fora) e diafragma (desce aumentando volume torácico) se contraem. À medida que o volume
torácico aumenta, a pressão diminui, e o ar flui para dentro dos pulmões.
Agora, veremos como as alterações da pressão alveolar (PA) mudam durante uma única inspiração:
Tempo 0. Na breve pausa entre as respirações, a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica (0
mmHg no ponto A1). Quando as pressões são iguais, não há fluxo de ar. Tempo 0 a 2 segundos:
inspiração. Quando a inspiração inicia, os músculos inspiratórios contraem, e o volume torácico
aumenta. Com o aumento do volume, a pressão alveolar diminui cerca de 1 mmHg abaixo da
pressão atmosférica (-1 mmHg, ponto A2), e o ar flui para dentro dos alvéolos.
Como o ar continua a fluir para dentro dos alvéolos, a pressão aumenta até a caixa torácica parar de
expandir-se, imediatamente antes do término da inspiração. Ao término da inspiração, o volume
pulmonar está no seu valor máximo no ciclo respiratório (ponto C2), e a pressão alveolar é igual à
pressão atmosférica.
Expiração: ao final da inspiração, os impulsos dos neurônios motores somáticos para os músculos
inspiratórios relaxarem.
Tempo 2 a 4 segundos: expiração. Como os volumes pulmonares e torácicos diminuem, a pressão
de ar nos pulmões aumenta, fazendo que o ar sai dos pulmões para atm (onde a pressão tá menor)
Tempo 4 segundos: No final da expiração, o movimento de ar cessa quando a pressão alveolar
novamente se iguala à pressão atmosférica, e o volume pulmonar é mínimo.
Nesse ponto acaba o ciclo cardíaco.
Pressão intrapleural:
A superfície dos pulmões é coberta pela pleura visceral, e a porção pleural que reveste a cavidade
torácica é chamada de pleura parietal, a pressão pleural é a pressão entre esses dois folhetos. As
forças de coesão do líquido intrapleural promovem a adesão dos pulmões à caixa torácica.
Pressão intrapleural subatmosférica A pressão intrapleural no fluido entre as membranas pleurais é
normalmente subatmosférica. As duas membranas pleurais são mantidas unidas pelo líquido pleural,
de modo que os pulmões são forçados a se estirarem, a fim de se adaptarem ao maior volume da
cavidade torácica. Ao mesmo tempo, no entanto, o recolhimento elástico dos pulmões cria uma força
direcionada para dentro, que tenta puxar os pulmões para longe da caixa torácica. A combinação da
caixa torácica puxando para fora e a retração elástica dos pulmões puxando para dentro na
inspiração aumenta a pressão intrapleural ( é negativa pois é subatmosférica).
Complacência: A ventilação adequada depende da habilidade dos pulmões de se expandirem
normalmente. A maior parte do trabalho respiratório é gasto para superar a resistência elástica dos
pulmões e da caixa torácica ao estiramento. Clinicamente, a habilidade do pulmão de se estirar é
chamada de complacência.
A complacência refere-se à quantidade de força que deve ser exercida sobre um corpo para o
deformar. No pulmão, podemos expressar a complacência como uma alteração do volume (V), que é
resultado de uma força ou pressão (P) exercida sobre o pulmão: V/P. Um pulmãocom baixa
complacência requer mais força dos músculos inspiratórios para ser estirado.
A complacência é o inverso da elastância (recuo elástico), que é a capacidade de resistir à
deformação mecânica. A elastância também se refere à capacidade que um corpo tem de voltar à
sua forma original quando a força que promove a sua deformação é removida
Um pulmão que é estirado facilmente (alta complacência) provavelmente apresenta perda do seu
tecido elástico e, assim, não voltará ao seu volume de repouso quando a força que o mantém
estirado cessa (baixa elastância).
Enfisema: é uma doença na qual as fibras de elastina são destruídas, logo tem alta complacência,
porém elasticidade diminuída, não voltando a posição normal na após a expiração.
Surfactante:
Quando a água está em contato com o ar, forma uma superfície de atração da água, isso fica
tentando forçar o ar a sair dos alvéolos pelos brônquios, ao fazer isso induz ao colapso dos alvéolos
O surfactante serve para reduzir essa tensão superficial.
Além da complacência, que influencia o trabalho respiratório é a resistência do sistema respiratório
ao fluxo de ar. A resistência no sistema respiratório é similar de muitas maneiras à resistência no
sistema circulatório . Três parâmetros contribuem para a resistência: o comprimento do sistema, a
viscosidade da substância que flui pelo sistema e o raio dos tubos no sistema
Trocas Gasosas:
Física da troca gasosa: os gases vão se difundir de onde tem mais pressão para onde tem menos. A
pressão é diretamente proporcional a concentração de moléculas. Se a pressão parcial for maior nos
alvéolos que no sangue, o gás vai para o sangue (oxigênio), se a pressão parcial é maior no sangue
o gás vai para o alvéolos (dióxido de carbono).
Para evitar que tenha pouco O2 e muito CO2 o corpo possui sensores que respondem a variáveis:
1. Oxigênio. O fornecimento de oxigênio arterial para as células deve ser adequado para manter a
respiração aeróbia e a produção de ATP.
2. O dióxido de carbono (CO2) é produzido como um produto residual durante o ciclo do ácido cítrico.
A eliminação de CO2 pelos pulmões é importante por duas razões: altos níveis de CO2 atuam como
um depressor do sistema nervoso central e provocam um estado de acidose (pH baixo).
1- A troca de ar entre a atmosfera e os pulmões (ventilação)
2- A troca de de O2 e de CO2 entre pulmão e sangue
3- Transporte de O2 e CO2 pelo sangue
4- Troca de gases entre o sangue e as células
Variáveis para troca gasosa: Entre elas, uma quantidade adequada de O2 deve chegar nos
alvéolos, quando a Po2 (Pressão parcial do O2) diminui significa que tem pouco O2 chegando nos
alvéolos, logo pouco será dissolvido para o sangue. Além disso, pode haver problema na
transferência de gases. Por fim, o fluxo sanguíneo, quando prejudicado o fornecimento de O2 fica
ineficaz.
Obs: Existem duas possíveis causas para a baixa alveolar: (1) o ar inspirado têm baixo conteúdo de
oxigênio ou (2) a ventilação alveolar é inadequada.
- Composição do ar atm: O principal fator que afeta o conteúdo de oxigênio atmosférico é a altitude.
A pressão parcial de oxigênio no ar diminui junto com a pressão atmosférica quando você se move
para altitudes maiores.
- Ventilação alveolar: Se a composição do ar inspirado é normal, mas a alveolar é baixa, então a
pessoa deve estar com problemas na ventilação alveolar. Pode ser hipoventilação, que reduz a
quantidade de ar que chega nos pulmões,pode causar hipoventilação: a diminuição da complacência
pulmonar, o aumento da resistência das vias aéreas ou a depressão do sistema nervoso central
(Álcool e overdose), que diminui a frequência respiratória e a profundidade da respiração.
Problemas de difusão:
A taxa de difusão depende da área de superfície, ao gradiente de concentração do gás,
permeabilidade da barreira e a distância para difusão.
Solubilidade do gás: facilidade com a qual um gás se dissolve em um líquido
O movimento das moléculas do gás do ar para um líquido é diretamente proporcional a três fatores:
(1) o gradiente de pressão do gás, (2) a solubilidade do gás no líquido e (3) a temperatura
(constante).
Se a pressão do gás é maior na água do que na fase gasosa, então as moléculas do gás deixam a
água. Se a pressão do gás é maior na fase gasosa do que na água, então o gás dissolve-se na água.
Transporte de gases no sangue: Oxigênio
Os glóbulos vermelhos, ou eritrócitos, têm um papel fundamental em garantir que o transporte de gás
entre o pulmão e as células seja suficiente para atender às necessidades celulares e sem a
hemoglobina nos eritrócitos, o sangue não seria capaz de transportar uma quantidade suficiente de
oxigênio para sustentar a vida.
Transporte arterial de O2 – transporte venoso de O2 = Consumo celular de O2
Transporte de O2 = débito cardíaco(L de sangue/min) × concentração de O2(mL de O2/L de sangue)
Hemoglobina: O transporte de O2 no sangue se dá por dois modos: no plasma (Po2) apenas 2% pois
o O2 é pouco solúvel no sangue e na hemoglobina (Hb) 98%.
Conteúdo total de O2 no sangue = O2 dissolvido no plasma + O2 ligado à Hb
A hemoglobina (Hb) é um tetrâmero de quatro cadeias proteicas globulares (globinas), cada uma
centrada em torno de um grupamento heme contendo ferro. O átomo de ferro central de cada grupo
heme pode ligar-se reversivelmente a uma molécula de oxigênio. A interação ferro-oxigênio é uma
ligação fraca que pode ser facilmente rompida sem alterar a hemoglobina ou o oxigênio, essa ligação
é conhecida como oxi-hemoglobina (HbO2)
Nos capilares pulmonares, o oxigênio alveolar dissolve-se primeiro no plasma, e, então, para dentro
dos eritrócitos, ligando-se à hemoglobina. A hemoglobina age como uma esponja, captando o
oxigênio do plasma até que a reação atinja o equilíbrio.
Sangue arterial alcança os tecidos, o oxigênio dissolvido difunde-se dos capilares sistêmicos para as
células, que têm uma menor Po2 . Este fluxo diminui a Po2 plasmática e altera o equilíbrio da reação
de ligação oxigênio-hemoglobina pela remoção de O2 do lado esquerdo da equação. O equilíbrio
desloca-se para a esquerda, de acordo com a lei de ação das massas, fazendo as moléculas de
hemoglobina liberarem as suas reservas de oxigênio.
Qualquer fator que mude a conformação da proteína hemoglobina pode afetar a sua capacidade de
ligação ao oxigênio, diminuição do pH, aumento da temperatura e aumento da Po2 plasmática
reduzem a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio.
Transporte de dióxido de carbono:
O dióxido de carbono é um subproduto da respiração celular e é potencialmente tóxico, se não for
excretado. A Pco2 elevada (hipercapnia) faz o pH diminuir (acidose).
Apenas cerca de 7% do CO2 está dissolvido no plasma do sangue venoso. O restante,
aproximadamente 93%, difunde-se para os eritrócitos, sendo que 23% desse conteúdo se liga à
hemoglobina (HbCO2) e 70% são convertidos em bicarbonato (HCO3). A conversão
de CO2 a HCO3 (HCO3 + H20= H2CO3 = H+HCO3 , pela anidrase carbónica) serve a duas
finalidades: (1) fornecer uma via adicional para o transporte de CO2 das células para os pulmões e
(2) fazer o HCO3 estar disponível para atuar como um tampão para os ácidos metabólicos. Essa
conversão ocorre nos eritrócitos, o bicarbonato deixa o eritrócito por uma proteína de antiporte. Este
transporte, conhecido como desvio de cloreto, permite a troca de HCO3 por Cl. A hemoglobina
dentro do eritrócito atua como um tampão e liga o íon hidrogênio na reação (H+ Hb = HbH),
impedindo grandes variações de pH. Se a Pco2 arterial for elevada, a hemoglobina não consegue
neutralizar todos os íons H, o excesso de H acumula-se no plasma, levando à acidose respiratória.
Nos tecidos, quando o oxigênio deixa a hemoglobina, o CO2 liga-se aos grupamentos amino (NH2)
da hemoglobina livre, formando carbaminoemoglobina. A presença de CO2 e de H facilita a formação
de carbaminoemoglobina, uma vez que ambos diminuem a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio.
Remoção de CO2 dos pulmões: A Pco2 alveolar é menor do que a do sangue venoso dos capilares
pulmonares, o CO2 difunde-se doplasma para os alvéolos.
Regulação da respiração pelo sistema nervoso central
No sistema respiratório, a contração do diafragma e de outros músculos é iniciada por uma rede de
neurônios no tronco encefálico, que dispara potenciais de ação espontaneamente.
Esses neurônios são influenciados continuamente por estímulos sensoriais, principalmente a partir de
quimiorreceptores que detectam CO2, O2 e H.
1. Os neurônios respiratórios do bulbo controlam músculos inspiratórios e expiratórios.
2. Os neurônios da ponte integram informações sensoriais e interagem com neurônios bulbares para
influenciar a ventilação.
3. O padrão rítmico da respiração surge de uma rede do tronco encefálico com neurônios que
despolarizam automaticamente.
4. A ventilação está sujeita à modulação contínua por vários reflexos associados a quimiorreceptores,
mecanorreceptores e por centros encefálicos superiores.
Bulbo
Os neurônios respiratórios estão concentrados bilateralmente em duas áreas do bulbo, ao lado
esquerdo do tronco encefálico. Uma área chamada de núcleo do trato solitário (NTS) contém o grupo
respiratório dorsal (GRD) de neurônios que controlam principalmente os músculos da inspiração. Os
sinais provenientes do GRD vão via nervos frênicos para o
diafragma e via nervos intercostais para os músculos intercostais. Além disso, o NTS recebe
informação sensorial dos quimiorreceptores e dos mecanorreceptores periféricos através dos nervos
vago e glossofaríngeo (nervos cranianos X e IX).
O grupo respiratório ventral (GRV) do bulbo tem múltiplas regiões com diferentes funções. Uma área
conhecida como complexo pré-Bötzinger contém neurônios que disparam espontaneamente e que
podem atuar como o marca-passo básico do ritmo respiratório.
Ponte
Os neurônios respiratórios da ponte recebem informação sensorial do GRD e, por sua vez,
influenciam o início e o término da inspiração.
Influência do CO2, do oxigênio e do pH sobre a ventilação
Os quimiorreceptores sensíveis ao oxigênio e ao dióxido de carbono estão associados à circulação
arterial. Se pouco oxigênio estiver presente no sangue arterial destinado ao encéfalo e a outros
tecidos, a frequência e a amplitude da respiração aumentam. Se a produção de CO2 pelas células
exceder a sua taxa de remoção de CO2 pelos pulmões, a Pco2 arterial aumenta, e a ventilação é
intensificada com o objetivo de eliminar o CO2. Se a um aumento no pH (pouco CO2) os
quimiorreceptores periféricos (carotídeo e aórtico) manda sinal para hipoventilação, assim eliminar
menos CO2 e diminuir o pH. Se o pH estiver baixo, irá causar hiperventilação para eliminar o CO2
em excesso.
Um estímulo inativa os canais de K, causando a despolarização da célula receptora. A
despolarização abre canais de Ca2 dependentes de voltagem, e a entrada de Ca2 provoca a
exocitose de neurotransmissores para o neurônio sensorial. Nos corpos carotídeos, os
neurotransmissores iniciam potenciais de ação nos neurônios sensoriais, os quais conduzem a
atividade elétrica às redes neurais respiratórias no tronco encefálico, sinalizando para que haja um
aumento na ventilação.
Quimiorreceptores centrais (localizados no bulbo): Esses receptores ajustam o ritmo respiratório,
fornecendo um sinal de entrada contínuo para a rede de controle, quando a Pco2 arterial aumenta, o
CO2 atravessa a barreira hematoencefálica e ativa os quimiorreceptores centrais. Esses receptores
sinalizam para a rede neural de controle da respiração, provocando um aumento na frequência e na
profundidade da ventilação, melhorando, assim, a ventilação alveolar e a remoção de CO2 do
sangue.
Reflexos protetores dos pulmões
O principal reflexo protetor é a broncoconstrição, mediada por neurônios parassimpáticos que
inervam a musculatura lisa brônquica. Partículas inaladas ou gases nocivos estimulam receptores de
irritação na mucosa das vias aéreas, que enviam sinais através de neurônios sensoriais para os
centros integradores no sistema nervoso central que provocam a broncoconstrição. A resposta
protetora reflexa também inclui tosse e espirro.
Obs: A respiração também pode ser afetada pela estimulação de partes do sistema límbico. Por essa
razão, atividades emocionais e autonômicas, como medo e excitação, podem afetar o ritmo e a
amplitude da respiração