Fisiologia da respiração

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Lei dos gases e Fisiologia da Respiração:
A sigla DPOC significa doença pulmonar obstrutiva crônica. É o nome dado a um conjunto de doenças nas quais as trocas gasosas estão prejudicadas em virtude de estreitamento nas vias aéreas inferiores. DPOC pode se expressar em forma de bronquite crônica ou enfisema.
A internalização dos pulmões cria o desafio de mover o ar entre a atmosfera e a superfície de troca localizada dentro do corpo. O fluxo de ar requer uma bomba muscular para criar gradientes de pressão. Por isso, sistemas respiratórios mais complexos consistem em dois componentes separados:
· Uma bomba muscular
· Uma superfície de troca úmida e fina
Em humanos, a bomba é a estrutura musculoesquelética do tórax. Os pulmões consistem em um epitélio de troca e vasos sanguíneos associados.
Os pulmões têm as seguintes funções:
· Troca de gases entre a atmosfera e o sangue. 
· Regulação homeostática do PH do corpo (os pulmões podem alterar o PH do corpo seletivamente retendo ou excretando CO2)
· Vocalização: o ar se move através das pregas vocais criando vibrações usadas para falar, contar e outras formas de comunicação.
· Proteção contra patógenos e substâncias irritantes inaladas.
O fluxo global de ar segue tais princípios:
1. O fluxo ocorre a partir de regiões de pressão mais alta para regiões de pressão mais baixa.
2. A bomba muscular cria gradientes de pressão
3. A resistência ao fluxo de ar é influenciada principalmente pelo diâmetro dos tubos pelos quais o ar está fluindo.
O ar é uma mistura de gases compressível e pouco viscosa.
Sistema Respiratório:
A respiração celular refere-se à reação de O2 com moléculas orgânicas para formar CO2, H2O e energia na forma de ATP.
A respiração externa é o movimento dos gases entre o meio externo e as células do corpo.
A respiração externa requer o funcionamento coordenado dos sistemas respiratório e circulatório.
O sistema respiratório, ou vias aéreas, ou sistema condutor, é o que conduz o ar do meio externo para a superfície de troca dos pulmões. Os alvéolos são uma série de sacos interconectados e possuem capilares pulmonares associados. Essas estruturas formam a superfície de troca. 
Nota: o trato respiratório inferior é também conhecido como porção torácica do sistema respiratório.
Os ossos e músculos do tórax e do abdome que auxiliam a ventilação. Os ossos e os músculos do tórax circundam o os pulmões:
O tórax é delimitado pelos ossos da coluna vertebral e pelas costelas e seus músculos associados. Juntos, os ossos e os músculos são chamados de caixa torácica. As costelas e a coluna vertebral formam os lados e o topo da caixa. A camada de músculo esquelético em forma de cúpula, o diafragma, forma a base.
Dois conjuntos de músculos intercostais, o interno e o externo, unem os 12 pares de costelas.
Músculos Adicionais:
Esternocleidomastoídeo e o escaleno (escaleno médio e escaleno anterior, ambos mais laterais), se estendem da cabeça e do pescoço até o esterno e até as duas primeiras costelas.
O tórax é um recipiente fechado preenchido com três sacos membranosos. Um deles é o saco pericárdico. Os dois outros sacos, os sacos pleurais, cada um circunda um pulmão. O esôfago e os nervos e vasos sanguíneos torácicos passam entre os sacos pleurais. 
Cada pulmão é circundado por um saco pleural de parede dupla cujas membranas revestem o interior do tórax e a superfície externa dos pulmões.
Cada membrana pleural, ou pleura, contém várias camadas de tecido conectivo elástico e numerosos capilares. As camadas opostas da membrana pleural são mantidas unidas por uma fina camada de líquido pleural. 
Funções do Líquido Pleural:
Cria uma superfície úmida e escorregadia para que as membranas opostas possam deslizar uma sobre a outra enquanto os pulmões se movem dentro do tórax. 
O líquido pleural também mantém os pulmões aderidos à parede torácica (tensão superficial).
Os pulmões se aderem à caixa torácica e os mantêm estirados em um estado parcialmente inflado, mesmo em repouso.
As vias aéreas conectam os pulmões ao meio externo através das seguintes estruturas:
Nariz Faringe Laringe (contém pregas vocais, faixas de tecido conectivo que são tensionadas e vibram para criar o som quando o ar passa por elas).
A traqueia é um tubo mantido aberto por 15 a 20 anéis de cartilagem em forma de C. Ela se estende para baixo no tórax, onde se ramifica em um par de brônquios primários, um brônquio para cada pulmão. Dentro dos pulmões, os brônquios se ramificam progressivamente em brônquios menores. 
Traqueia 2 brônquios principais Brônquios menores (já dentro dos pulmões) Bronquíolos (pequenas vias aéreas colapsáveis com paredes de músculo liso).
Os bronquíolos continuam se ramificando até que os bronquíolos respiratórios formem uma transição entre as vias aéreas e o epitélio de troca do pulmão.
O diâmetro das vias aéreas torna-se progressivamente menor da traqueia aos bronquíolos, mas conforme as vias aéreas individuais ficam mais estreitas, seu número aumenta. Assim, a área de reação transversal total aumenta a cada divisão das vias aéreas.
A área de secção transversal total é menor no trato respiratório superior e maior nos bronquíolos, semelhante ao aumento da área de secção transversal que ocorre na aorta para os capilares.
A filtração do ar acontece na traqueia e nos brônquios. Estas vias aéreas são revestidas com epitélio ciliado que secreta muco e uma solução salina diluída. Os cílios são banhados em uma camada salina aquosa. 
A camada salina aquosa permite que os cílios empurrem o muco para a faringe. A camada de muco aprisiona as partículas inaladas. A camada de muco é secretada por células caliciformes do epitélio. Os cílios batem com um movimento ascendente que move o muco continuamente em direção à faringe. O muco contém imunoglobulinas que podem inativar muitos patógenos, e uma vez que o muco alcança a faringe ele pode ser expelido ou deglutido. No muco deglutido o ácido do estômago destroem os microorganismos restantes.
A secreção da camada salina aquosa sob o muco é essencial para o movimento mucociliar funcional. Na doença fibrose cística, a secreção inadequada de íons diminui o transporte de líquido nas vias aéreas. Sem a camada salina, os cílios ficam presos no muco espesso e pegajoso. O muco não pode ser eliminado, e as bactérias colonizam as vias aéreas, resultando em infecções pulmonares recorrentes. 
Nota: os bronquíolos respiratórios são a transição entre as vias aéreas e o epitélio de troca do pulmão. 
Alvéolos: 
São agrupados nas extremidades dos bronquíolos terminais. Constituem a maior parte do tecido pulmonar. Realizam trocas gasosas entre eles e o sangue.
Cada alvéolo é composto por uma única camada de epitélio. Dois tipos de células epiteliais são encontradas nos alvéolos.
Célula alveolar tipo II -> Pneumócito tipo 2: menor e mais espessa, sintetiza o surfactante. 
Funções do Surfactante:
Mistura-se com o líquido fino que reveste os alvéolos para ajudar os pulmões quando eles se expandem na respiração.
Pneumócitos tipo 2: é uma célula menor e mais espessa, secreta o surfactante. Também ajudam a minimizar a quantidade do líquido presente nos alvéolos, transportando solutos e água para fora do espaço aéreo alveolar. 
Pneumócitos tipo 1: são maiores e muito finos, ocupam cerca de 95% da área de superfície alveolar, de modo que os gases possam difundir-se rapidamente através deles. Na maior parte da área de troca, há a fusão da lâmina basal do alvéolo com a lâmina basal do capilar, formando uma membrana basal. 
As paredes finas do alvéolo não contêm músculo porque as fibras musculares poderiam bloquear a rápida troca gasosa.
 O tecido conjuntivo localizado entre as células epiteliais alveolares contém fibras de elastina e colágeno, que geram retração elástica quando o tecido pulmonar é estirado.
Lei dos Gases:
Ao nível do mar, a pressão atmosférica normal é de 760mmHg. O fluxo de ar ocorre sempre que houver um gradiente de pressão (das áreas de maior pressão para as áreas de menor pressão). 
O movimento do tórax durante a respiração cria, nos pulmões,condições de pressão alta e baixas alternadas. Isso viabiliza as trocas gasosas entre o meio externo e os pulmões. 
No sistema respiratório, mudanças no volume da cavidade torácica durante a ventilação causam gradientes de pressão que geram o fluxo de ar. 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. Este movimento é um fluxo global.
Nota: a proximidade do sangue capilar com o ar alveolar é essencial para a rápida troca de gases. 
Testes de Função Pulmonar:
O espirômetro é o instrumento que mede o volume de ar que se move a cada respiração. 
Volume Corrente: é o volume de ar que se move durante uma única inspiração ou expiração. 
Volume Residual: o volume residual não pode ser medido diretamente. Mesmo se você soprar o máximo de ar que puder, ainda restará ar nos pulmões e nas vias aéreas. O volume de ar presente no sistema respiratório após a expiração máxima é chamado de volume residual.
A maior parte deste volume residual existe porque os pulmões são mantidos estirados aderidos pelo líquido pleural às costelas.
Capacidades Pulmonares:
Capacidade Vital: 
É o volume corrente + o volume de reserva inspiratório + o volume de reserva expiratório. 
A capacidade vital representa a quantidade máxima de ar que pode ser voluntariamente movida para dentro e para fora do sistema respiratório a cada respiração. 
A capacidade vital diminui com a idade, quando os músculos enfraquecem e os pulmões se tornam menos elásticos.
Capacidade Pulmonar Total:
É a capacidade vital + Volume Residual.
Capacidade Inspiratória: 
É o volume corrente + o volume de reserva inspiratório. 
Capacidade Residual Funcional: 
É o volume de reserva expiratório + o volume residual.
A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui. Para o ar mover-se para dentro dos alvéolos, a pressão dentro dos pulmões deve ser mais baixa do que a pressão atmosférica. Durante a inspiração, o volume torácico aumenta quando certos músculos esqueléticos da caixa torácica e o diafragma se contraem.
Quando o diafragma se contrai, ele desce em direção ao abdome. A contração do diafragma contribui cerca de 60% para a modificação do volume inspiratório. 
Nota: no final da inspiração a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica. 
O movimento da caixa torácica cria os 25% a 40% restantes da modificação do volume. Durante a inspiração, os músculos intercostais externos e escalenos contraem e puxam as costelas para cima e para fora. 
A combinação destes dois movimentos amplia a caixa torácica em todas as direções. À medida que o volume torácico aumenta, a pressão diminui e o ar flui para dentro dos pulmões. 
Os músculos escalenos contribuem para a inspiração levantando o esterno e as costelas superiores. Já a expiração ativa (exalação voluntária) usa os músculos intercostais internos e os músculos abdominais, os quais não são usados na inspiração.
Os músculos intercostais internos revestem a superfície interna da caixa torácica. Quando se contraem, eles puxam as costelas para dentro, reduzindo o volume da cavidade torácica.
Os músculos abdominais contraem durante a expiração ativa para suplementar a atividade dos intercostais internos.
A contração abdominal puxa as costelas inferiores para dentro e diminui o volume abdominal. Ao haver a diminuição do volume abdominal, e as costelas serem puxadas para dentro, o fígado e o intestino são empurrados para cima, empurrando o diafragma e diminuindo o volume da cavidade torácica.
Nota: a cartilagem é um agrupado de tecido conjuntivo de preenchimento. A cartilagem preenche estruturas entre os ossos.