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Sistema Respiratório • Definir o Sistema Respiratório e os seus componentes (em termos anatômicos e histológicos). • Caracterizar a mecânica da respiração e fisiologia das trocas gasosas. • Explicar o mecanismo de regulação da frequência da respiração. • Reconhecer o quadro clínico de broncoespasmos e sua fisiopatologia. O nariz está situado no centro da face, sendo composto essencialmente pelas fossas nasais, septo nasal, pelos, células ciliadas (estas vão reter muco e poeiras que poderiam prejudicar os pulmões), células produtoras de muco, existindo também células com função olfativa. Em suma, o ar inspirado entra no seu organismo através das narinas, seguindo pelas duas cavidades nasais existentes (esquerda e direita), existem pelos dentro das narinas, sendo que estes irão reter poeiras que não são benéficas para o sistema respiratório, é nesta passagem pela cavidade nasal que o ar é filtrado, aquecido e humedecido. Após o ar passar os pelos, o ar passará pelas coános, são estas que fazem a ligação entre a cavidade nasal e a faringe. O sistema respiratório é o conjunto dos órgãos responsáveis pela absorção do oxigênio do ar pelo organismo e da eliminação do gás carbônico retirado das células. Ele é formado pelas vias respiratórias (conduzem o ar) e pelos pulmões (onde ocorre a mecânica da respiração). Os órgãos que compõem as vias respiratórias são: cavidades nasais, faringe, laringe, traqueia e brônquios. É DIVIDIDO EM: • Parte superior: nariz, faringe, laringe • Parte inferior: traqueia, brônquios, pulmões (bronquíolos, ductos alveolares, sacos alveolares e alvéolos) O sistema respiratório tem como principal função a troca de gases entre as células e o sangue de todos os tecidos e o ar. A faringe é como um ponto de ligação entre o sistema digestivo e o respiratório, pois está em contacto com ambos e antes de ir para qualquer outro local, quer os alimentos quer o ar, necessitam de passar por este canal. Este está ligado ao sistema digestivo, mais propriamente à boca através das fauces e ao sistema respiratório através das coanos. Este canal está situado em frente às vertebras cervicais, estando revestido de túnica mucosa e sendo apenas composto por músculos esqueléticos, apesar de ser um canal apenas de ligação com os restantes canais dos diferentes sistemas, este é dividido em três zonas anatômicas: zona superior, nasofaringe; zona média, a orofaringe; zona inferior, a laringofaringe. FARINGE PERGUNTAS SISTEMA RESPIRATÓRIO E SEUS COMPONENTES NARIZ TROCAS GASOSAS A laringe está situada na parte superior do pescoço, além de ser o elo entre a faringe e a traqueia, esta possui outras funções muito importantes para o organismo, é nela que estão localizadas as cordas vocais. Esta possui uma forma triangular e é constituída por nove peças de cartilagens: cartilagem aritenóidea, cuneiforme, corniculada, cartilagem tireóidea, cricóidea e epiglódica, sendo que as primeiras três são pares. A laringe possui três funções principais, auxiliando bastante na organização interna do organismo, assim as principais funções são: produção da voz, uma vez que é neste órgão que estão localizadas as cordas vocais; impedimento da passagem de alimentos para as vias respiratórias, isto acontece devido à estrutura cartilaginosa que possui, chamada epiglote; a última função, mas não a menos importante, este órgão é uma passagem do ar durante os movimentos de inspiração e expiração. A traqueia é o que liga a laringe aos brônquios principais, tendo um comprimento entre 10 e 12,5 cm de comprimento e cerca de 2,5 cm de diâmetro. Este tubo é composto por vários anéis de cartilagem que suportam as suas paredes, possuindo no seu interior um epitélio composto por células ciliadas e células secretoras. É neste local que, com a ajuda das células ciliadas e secretoras, se vão eliminar os restantes microrganismos e poeiras que foram inalados durante a respiração, evitando assim problemas e infeções nos brônquios ou pulmões. Os pulmões sãos os principais órgãos do sistema respiratório são neles que a magia acontece. A traqueia está ligada aos pulmões através dos brônquios, sendo que estes se vão ramificando formando bronquíolos que penetram no lóbulo pulmonar, estes por sua vez se vão subdividir dando origem aos bronquíolos terminais, que por sua vez dão origem aos alvéolos pulmonares. Os pulmões possuem uma consistência esponjosa e medem cerca de 25 cm de comprimento, sendo que o pulmão direito é ligeiramente maior do que o esquerdo, ambos os pulmões estão revestidos pela pleura. As trocas gasosas ocorrem nos alvéolos pulmonares. Os alvéolos possuem uma única camada de epitélio e dois tipos de células epiteliais. • células alveolares tipo I o - Células muito delgadas – gases se difundem rapidamente o - Fazem parte de 95% do tecido alveolar • célula alveolar tipo II o - Menor e mais espessa o - Secreta surfactante (impede o colabamento)- também se mistura com o líquido fino que reveste o alvéolo para ajudar os pulmões quando eles se expandem durante a respiração o - Ajudam a minimizar a quantidade de líquido presente nos alvéolos transportando solutos e água para fora do espaço aéreo alveolar Na maior parte da área de troca, uma camada de membrana basal funde o epitélio alveolar ao endotélio do capilar. Na área restante, somente uma pequena quantidade de líquido intersticial está presente Os alvéolos não contêm músculos em suas paredes já que as fibras musculares poderiam bloquear a troca gasosa rápida, sendo assim, o tecido pulmonar não se LARINGE TRAQUEIA PULMÕES HEMOGLOBINA TRANSPORTE DO DIÓXIDO DE CARBONO contrai. Contudo, entre células epiteliais alveolares há um tecido conectivo com muitas fibras de colágeno e elastina – criam a energia potencial elástica quando ocorre estiramento do tecido muscular Entre os alvéolos, há muitos vasos sanguíneos que formam uma ‘’camada’’ quase contínua de sangue. Esta camada estará em contato íntimo com os alvéolos cheios de ar, promovendo a rápida troca gasosa. Isso mostra que há uma estreita ligação entre os sistemas respiratório e circulatório O transporte de oxigênio no sangue possui dois componentes: o oxigênio dissolvido no plasma e o oxigênio ligado à hemoglobina (Hb) (98% do oxigênio sanguíneo), ou seja: CONTEÚDO TOTAL DE O2 NO SANGUE = O2 DISSOLVIDO NO PLASMA + O2 LIGADO À HB A hemoglobina é ligada reversivelmente ao oxigênio e dá aos eritrócitos sua cor Hb + O2 = HbO2 (oxi-hemoglobina) Obs: a reação de ligação da hemoglobina com O2 obedece a lei de ação das massas (deslocamento de equilíbrio) No sangue, o oxigênio livre para se ligar à hemoglobina está dissolvido no plasma enquanto no ar alveolar, o oxigênio se transfere para o plasma, eritrócitos e então para a hemoglobina. Uma vez que o sangue arterial alcance os tecidos, o processo de troca que acontece nos pulmões se inverte. O O2 dissolvido se difunde dos capilares para as células (possuem menor pressão), diminuindo a pressão plasmática e alterando o equilíbrio da reação de ligação entre o O2 e a Hb, pela remoção do O2 do lado esquerdo da equação. Seguindo a lei de ação das massas, o equilíbrio se desloca para a esquerda e as moléculas de Hb liberam as suas reservas de oxigênio. Essa transferência de oxigênio para as células ocorre muito rapidamente, até o equilíbrio. A pressão das células determina quanto de oxigênio é transferido da hemoglobina. À medida que a atividade metabólica celular aumenta, a pressão das células diminui e a hemoglobina libera uma maior quantidade de oxigênio O dióxido de carbono é um subproduto da respiração celular e é potencialmente toxico, se não for excretado. Grandes quantidades de CO2 no sangue (hipercapnia), diminui o pH (acidose)- Extremos de pH podem desnaturar proteínas- e deprime a função do sistemanervoso central, causando confusão, coma e até morte. O CO2 é mais solúvel nos fluídos corporais do que o O2, mas por conta de sua produção ser muito maior do que a sua capacidade de solubilização plasmática, 93% do CO2 (parte não dissolvida) difunde-se para os eritrócitos. Parte desse conteúdo se ligara a hemoglobina (HbCO2) e outra parte será convertido em bicarbonato (70% - HCO3) A maior parte do C02 que chega no sangue será transportado para os pulmões sob a forma de bicarbonato dissolvido no plasma. A conversão de CO2 e HCO3 serve para: • fornecer uma via adicional para o transporte de CO2 das células para os pulmões • fazer o HCO3 estar disponível para atuar como tampão para os ácidos metabólicos, ajudando à estabilizar o pH corporal O CO2 dissolvido no plasma difunde-se para os eritrócitos, onde reagem cm a água n presença da enzima anidrase carbônica, formando o ácido carbônico, o qual dissocia-se em H+ e HCO3. Essa conversão continua até que o equilíbrio seja atingido. • Respiração externa: O O2 é carregado dos alvéolos para dentro dos capilares pulmonares e o CO2 descarregado dos capilares pulmonares para dentro dos alvéolos. - Todo processo que evolui as trocas gasosas pulmonares • Respiração interna: O O2 é descarregado dos capilares sistêmicos para dentro das células e o CO2 carregado das células para dentro dos capilares sistêmicos. – Respiração mitocondrial INTERDEPENDENCIA ALVEOLAR COMPLACÊNCIA PULMONAR CIRCULAÇÃO PULMONAR Inicia com o tronco pulmonar, que recebe sangue com pouco oxigênio do ventrículo direito, e divide-se em duas artérias pulmonares (uma para cada pulmão). O sangue oxigenado dos pulmões retorna ao átrio esquerdo pelas veias pulmonares. A taxa do fluxo sanguíneo através dos pulmões é a mais alta entre os tecidos já que o volume sanguíneo que flui através dos pulmões em 1min é o mesmo que flui através do corpo Apesar dessa alta taxa, a pressão sanguínea pulmonar é baixa já que a resistência da circulação pulmonar também é baixa (o ventrículo direito não precisa bombear tão vigorosamente para gerar fluxo sanguíneo. Essa baixa resistência pode ser atribuída ao menor comprimento total dos vasos sanguíneos pulmonares e à distensibilidade e grande área de secção transversal total das arteríolas pulmonares Por conta da baixa pressão sanguínea, a pressão hidrostática resultante ( filtra o líquido de um capilar pulmonar para o espaço intersticial) também é baixa O sistema linfático remove de maneira eficiente os líquidos filtrados, e o volume do líquido intersticial pulmonar normalmente é mínimo. Sendo assim, a distancia entre o espaço aéreo alveolar e o endotélio capilar é pequena – os gases se difundem rapidamente entre eles. GASES E GRADIENTES DE PRESSÃO O fluxo de ar ocorre sempre que houver um gradiente de pressão, indo das áreas de maior pressão para áreas de menor pressão. Esse fluxo global de ar a favor do gradiente de pressão explica a ocorrência de trocas gasosas entre o meio externo e os pulmões – movimento do tórax durante a ventilação cria, nos pulmões, condições de alta e baixa pressões alternadas. • Existem fibras no tecido pulmonar e na caixa torácica. O recuo elástico os alvéolos estarão a favor da contração (quer fechar) dos pulmões e o recuo externo da parede torácica (quer abrir e vem do tecido da caixa torácica) se contrapõe a isso. • No estado de repouso, a pressão alveolar é 0 (igual à pressão atmosférica), sendo assim não há fluxo. Para causar um influxo de ar para os alvéolos, durante a inspiração a pressão nos alvéolos deve cair para um valor menor do que a pressão atmosférica (abaixo de 0) • A pressão dentro do alvéolo menos a pressão alveolar resulta na pressão transmural a qual faz com que o pulmão seja expandido ( se expande a medida que essa pressão aumenta). • No estado de inspiração, o recuo elástico dos alvéolos aumenta, o recuo da caixa torácica não muda, porém há uma força gerada pela musculatura respiratória, a qual gera um desequilíbrio. A pressão dentro do espaço interpleural fica mais negativa e a pressão alveolar diminui abaixo da pressão atmosférica. Essa diferença de pressão gera fluxo. A pressão transmural irá aumentar. • A pressão interpleural é a pressão do líquido no espaço entre a pleura visceral e parietal. • Na expiração, à medida que a pressão transmural aumenta, aumenta o tamanho do tórax . • A pressão trasnpulmonar depende da quantidade de fibras dentro do pulmão. (mais força deve ser utilizada para expandir o pulmão) Os alvéolos estão conectados através de septos. Na inspiração, a pressão interpleural fica mais negativa, essa força irá se dissipar para todos os alvéolos (mesmo os que estão longes da caixa torácica) • É a força necessária para expandir o pulmão • No caso de enfisema, por exemplo, com menores valores de pressão transpulmonar é possível expandir o pulmão do paciente. • A pressão trasnpulmonar depende da quantidade de fibras dentro do pulmão. (mais força deve ser utilizada para expandir o pulmão) • No caso de um paciente com fibrose, será necessária uma maior quantidade de força (uma pressão transpulmonar maior) para expandir os pulmões • Resistência da via aérea • “traves” que se conectam com a via aérea para deixá-las abertas • Com a diminuição do calibre da veia aérea, também diminui a resistência – broncoespasmos DIFERENÇAS DE PRESSÃO MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO GERAÇÃO DE UM GRADIENTE DE PRESSÃO INSPIRAÇÃO E EXPIRAÇÃO O ar movido durante a respiração pode ser dividido em 4 volumes pulmonares: • Volume corrente: volume de ar que se move durante uma única inspiração e expiração (respiração calma) • Volume de reserva inspiratória: volume adicional inspirado acima do volume corrente (ao final de uma inspiração calma, é inspirado a maior quantidade de ar adicional que for possível) • Volume de reserva expiratório: quantidade de ar expirado vigorosamente após o final de uma expiração espontânea • Volume residual: volume de ar presente no sistema respiratório após a expiração máxima. A maior parte desse volume existe pois os pulmões são mantidos estirados aderidos pelo líquido pleural às costelas. Não pode ser medido diretamente A combinação de dois ou mais volumes descreve a capacidade pulmonar. • Capacidade inspiratória: É igual ao volume corrente + volume de reserva inspiratório. Essa capacidade é a quantidade de ar que a pessoa pode respirar, começando a partir do nível expiratório normal e distendendo os pulmões até seu máximo. • Capacidade residual funcional: É igual ao volume de reserva expiratório + volume residual. Essa capacidade é a quantidade de ar que permanece nos pulmões ao final da expiração normal. • Capacidade vital: É igual ao volume de reserva inspiratório + volume corrente + volume de reserva expiratório. Essa capacidade é a quantidade máxima de ar que a pessoa pode expelir dos pulmões após enchê-los à sua extensão máxima e, então, expirar, também à sua extensão máxima. • Capacidade pulmonar total: É igual a capacidade vital + volume residual. É Volume máximo que os pulmões podem ser expandidos com maior esforço. A respiração requer contração muscular. Os músculos da caixa torácica e o diafragma irão fazer este papel visto que a maior parte do tecido pulmonar é um fino epitélio de troca. Na contração desses músculos ocorre a expansão pulmonar, já que os pulmões estão presos à parede interna do tórax pelo líquido pleural Músculos envolvidos na respiração espontânea: diafragma, intercostais externos, escalenos Durante a respiração forçada, outros músculos do tórax e abdome podem auxiliar Inspiração: para a entrada do ar nos alvéolos, a pressão nos pulmões deve ser menor do que a pressão atmosférica. Durante a inspiração o volume torácico aumenta com a contração de músculos da caixa torácica e do diafragma (quando contraído, desce em direçãoao abdome). Durante a inalação, os músculos intercostais externos e escalenos contraem, tracionando as costelas para cima e para fora e consequentemente, ampliando a caixa torácica em todas as direções. Aumento do volume torácico= diminuição da pressão= ar flui para dentro dos pulmões O ar flui para dentro dos alvéolos, aumentando a pressão até que a caixa torácica pare de se expandir- imediatamente antes do término da inspiração. O movimento do ar continua até que a pressão dentro dos pulmões se iguala à pressão atmosférica. Ao término da inspiração o volume pulmonar está no máximo valor no ciclo respiratório Expiração: no fim da inspiração os músculos relaxam e o diafragma e as costelas retornam às suas posições originais. Por envolver a retração elástica passiva, ela é chama de expiração passiva Com a diminuição dos volumes pulmonares, a pressão de ar pulmonar aumenta (ficando maior do que a pressão atmosférica) e o fluxo de ar se inverte: o ar se move para fora dos pulmões O movimento de ar cessa quando a pressão alveolar se iguala, novamente, à pressão atmosférica- final da expiração O volume pulmonar atinge o valor mínimo dentro do ciclo respiratório – fim do ciclo respiratório, outro estará pronto para ser iniciado com a próxima respiração VOLUMES PULMONARES CAPACIDADES PULMONARES INFLUÊNCIA DO C02, O2 E PH SOBRE A VENTILAÇÃO A respiração é um processo rítmico e a contração dos músculos responsáveis por ela deve ser iniciada pelos neurônios motores somáticos (controlados pelo sistema nervoso central). A contração do diafragma e de outros músculos é iniciada por uma rede de neurônios no tronco encefálico. Essa rede dispara potenciais de ação espontaneamente A respiração ocorre automaticamente, mas também pode ser controlada voluntariamente até certo ponto. Os ciclos rítmicos de inspiração e expiração se dão pelas interações sinápticas nas quais os neurônios são continuamente influenciados por estímulos sensoriais (principalmente por quimiorreceptores que detectam CO2, O2, H+ - o padrão ventilatório depende do nível dessas substâncias no sangue e no líquido extracelular) • Os neurônios respiratórios do bulbo controlam os músculos inspiratórios e expiratórios • Os neurônios da ponte integram informações sensoriais e interagem com neurônios bulbares para influenciar a ventilação • O padrão rítmico da respiração surge de uma rede do tronco encefálico com neurônios que despolarizam automaticamente • A ventilação esta sujeita à modulação por reflexos associados a quimiorreceptores, mecanorreceptores e por centros encefálicos superiores. • Os neurônios respiratórios estão em duas áreas do bulbo. Uma delas é chamada de núcleo do trato solitário (NTS) e contém o grupo respiratório dorsal (GRD) de neurônios- controlam os músculos da inspiração • Os sinais do GRD vão por meio de nervos frênicos para o diafragma e via nervos intercostais para os músculos intercostais • O NTS recebe informações sensoriais dos quimio e mecanorreceptores através dos nervos vagos e glossofaríngeo. • As informações sensoriais do GRD são recebidas por neurônios respiratórios da ponte, os quais influenciam o início e o término da inspiração • Os grupos respiratórios pontinhos e outros neurônios pontinhos enviam sinais para o bulbo para ajuda na coordenação do ritmo respiratório. O grupo respiratório ventral (GRV) possui uma área conhecida como complexo pré- Botzinger a qual contém neurônios que disparam espontaneamente e que atua como marca-passo básico do ritmo respiratório. Outras áreas do GRV controlam os músculos usados na respiração “forçada”. As fibras nervosas do GRV inervam músculos da laringe, faringe e da língua para que as vias aéreas superiores permaneçam abertas durante a respiração • Cada ciclo é iniciado por um marca-passo e os neurônios inspiratórios aumentar gradativamente a estimulação dos músculos inspiratórios. Esse aumento é denominado rampa e é iniciado por disparos de neurônios inspiratórios, os quais recrutam outros neurônios respiratórios – retroalimentação positiva • À medida que mais neurônios são disparados, serão recrutadas mais fibras musculares • Os neurônios expiratórios funcionam principalmente durante a respiração forçada e a expiração ativa. • Na respiração forçada, o aumento de atividade dos neurônios inspiratórios estimula os músculos acessórios • Os neurônios inspiratórios são inibidos durante a expiração ativa Quimiorreceptores centrais e periféricos permitem uma entrada sensorial que modifica a ritmicidade da rede de controle- manter homeostasia dos gases sanguíneos O CO2 é o estímulo principal para as mudanças na ventilação Quimiorreceptores sensíveis à O2 e CO2 estão associados à circulação arterial pois se houver pouco O2 no sangue, a frequência e amplitude respiratória aumenta. Entretanto, se a produção de CO2 no sangue exceder a taxa de remoção dessa substância pelos pulmões, a ventilação é intensificada. Quimiorreceptores periféricos: enviam para o SNC informações sobre mudanças na quantidade de oxigênio, no pH e na plasmática – corpos carotídeos são quimiorreceptores periféricos primários (possuem células glomais). Os neurotransmissores dos corpos carotídeos iniciam potenciais de ação nos neurônios sensoriais, que conduzirão a atividade elétrica às redes neurais respiratórias no tronco encefálico, sinalizando para que haja aumento na ventilação As concentrações arteriais de oxigênio não desempenham papel na regulação diária da respiração já que os quimiorreceptores periféricos respondem somente à mudanças críticas na concentração de O2 arterial Quimiorreceptores centrais: respondem à alterações na concentração de CO2 no líquido cerebroespinal – os receptores primários estão na superfície ventral do bulbo REGULAÇÃO DA FREQUÊNCIA DA RESPIRAÇÃO BRONCOESPASMO FATORES DE RISCO PREVENÇÃO Quando a concentração arterial de CO2 aumenta, o CO2 atravessa a barreira hematoencefálica e ativa os quimiorreceptores centrais- os receptores sinalizarão para a rede neural de controle da respiração, aumentando a frequência e amplitude da respiração Respondem diretamente às mudanças no pH do líquido cerebroespinal (LCS). O CO2 que se difunde através da barreira hematoencefálica é convertido em H2CO3 que se dissocia em H+ e HCO3. Porém, as mudanças do pH plasmático não influenciam os quimiorreceptores centrais diretamente. • Receptores de estímulos irritativos: receptores que reconhecem partículas e substâncias químicas nocivas. Localizam-se entre as células epiteliais das vias aéreas. As informações desses receptores chegam até o bulbo e geram constrição reflexa da musculatura lisa dos brônquios e aumento da frequência respiratória. • Receptores J: receptores justacapilares localizados nas paredes dos alvéolos. São ativados pelo alargamento dos capilares pulmonares com sangue e aumento do líquido intersticial causando aumento na frequência respiratória. Resulta da contração do músculo liso presente nos brônquios, induzido por diversos estímulos, dentre os quais exposição a alérgenos e a ar frio, infecção de vias aéreas (IVA), exercício físico, estresse, drogas como beta-bloqueadores, antagonistas neuromusculares, entre outros. Asma, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), tabagismo, alergias e cardiopatias sãos os principais. Outros fatores associados são IVA nas últimas 6-8 semanas, história anestésica de broncoespasmo, risco de aspiração pulmonar e tipo de cirurgia (especialmente cirurgias de andar superior de abdome, tórax, vias aéreas superiores). Na presença de qualquer comorbidade, deve-se identificá-la e otimizar seu tratamento. O controle do broncoespasmo começa na identificação dos fatores de risco e na abordagem deles. • Receptores pulmonares de estiramento: mecanorreceptores da musculatura lisa das vias aéreas. Quando estimulados por distensão,iniciam a redução reflexa da frequência respiratória (reflexo Hering-Breuer). • Receptores das articulações e dos músculos: mecanorreceptores que detectam movimento das costelas e estimulam o aumento da frequência respiratória. São muito importantes para a resposta ventilatória inicial ao exercício. CONTROLE DA RESPIRAÇÃO ATRAVÉS DE OUTROS RECEPTORES REFERÊNCIAS: Fisiologia Humana: Uma Abordagem Integrada por Dee Unglaub Silverthorn Guyton & Hall Tratado de Fisiologia Médica
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