Regulação da respiração e DPOC (2)

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Regulação da respiração  
por Aphysio 
A respiração é um processo rítmico que normalmente ocorre sem o pensamento consciente ou consciência. Nesse aspecto,                                 
assemelha-se ao batimento rítmico do coração. Contudo, os músculos esqueléticos, ao contrário do músculo cardíaco                             
auto-excitável, não são capazes de se contrair espontaneamente. Em vez disso, a contração do músculo esquelético precisa                                 
ser iniciada pelos neurônios motores somáticos, os quais, por sua vez, são controlados 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. A respiração     
ocorre automaticamente por     
toda a vida de uma pessoa, mas             
também pode ser controlada       
voluntaria-mente até certo     
ponto. A presença de interações         
sinápticas com-plicadas entre     
neurônios cria os ciclos rítmicos         
de inspiração e expiração. Esses         
neurônios são influenciados     
continuamente por estímulos     
sensoriais, principalmente a     
partir de quimiorreceptores que detectam CO2, O2 e H+. O padrão ventilatório depende, em grande parte, dos níveis dessas                                     
três substâncias no sangue arterial e no líquido extracelular. 
 
O controle neural da respiração é uma das poucas “caixas pretas” que permanece na fisiologia dos sistemas. De todos os                                       
modelos postados na página para a explicação dos sistemas fisiológicos, o modelo para o controle neural da respiração é o                                       
que mais mudou nos últimos 15 anos. Conhecemos as principais regiões do tronco encefálico que estão envolvidas, mas os                                     
detalhes das redes neurais ainda são desconhecidos. A rede neural do tronco encefálico que controla a respiração se                                   
comporta como um gerador de padrão central, com atividade rítmica intrínseca, que provavelmente é decorrente de                               
neurônios marca-passo com potenciais de membrana instáveis. As entradas sensoriais derivadas de alterações do CO2 e de                                 
outros quimiorreceptores aumenta essa complexidade. 
 
Parte do nosso conhecimento de como a ventilação é controlada veio da observação de pacientes com lesão encefálica.                                   
Outras informações vieram de experimentos realizados com animais, nos quais as conexões neurais entre as partes                               
principais do tronco encefálico são seccionadas, ou partes do encéfalo são estudadas isoladamente. As pesquisas sobre o                                 
controle respiratório exercido pelo SNC são difíceis de serem executadas devido à complexidade das redes neurais e às                                   
suas localizações anatômicas. Nos últimos anos, os cientistas melhoraram as técnicas para o estudo desse sistema. 
 
Os detalhes que se seguem representam o modelo contemporâneo do controle da ventilação. Embora algumas partes do                                 
modelo sejam bem fundamentadas com evidências experimentais, outros aspectos estão ainda sob investigação. Este                           
modelo estabelece que: 
 
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                                 
auto-maticamente. 
 
4. A ventilação está sujeita à modulação contínua por vários reflexos associados a quimiorreceptores, mecanorreceptores e                               
por centros encefálicos superiores. 
 
A entrada sensorial proveniente       
dos quimiorreceptores centrais e       
periféricos modifica a ritmicidade       
da rede de controle para ajudar a             
manter a homeostasia dos gases         
sanguíneos. O dióxido de carbono         
é o estímulo primário para as           
mudanças na ventilação. O       
oxigênio e o pH do plasma           
desempenham um papel menos       
importante. 
 
Os quimiorreceptores sensíveis     
ao oxigênio e ao dióxido de           
carbono estão estrategicamente     
associados à circulação arterial.       
Se muito 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. Esses reflexos homeostáticos operam constantemente,                             
mantendo a PO2 e PCO2 a arterial dentro de uma faixa estreita de normalidade. 
 
Os quimiorreceptores periféricos enviam para o SNC informações sensoriais sobre as mudanças na PO2, no pH e na PCO2                                     
plasmática. Os corpos carotídeos nas caróti-das são os quimiorreceptores periféricos primários. Eles estão localizados                           
perto dos barorreceptores, estruturas envolvidas no controle reflexo da pressão arterial. Os quimiorreceptores centrais                           
respondem a alterações na concentração de CO2 no líquido cerebrospinal. Os receptores centrais primários estão na                               
superfície ventral do bulbo, perto dos neurônios envolvidos no controle respiratório. 
 
O controlador químico mais importante da ventilação é o dióxido de carbono, percebido tanto pelos quimiorreceptores                               
periféricos quanto pelos 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 hematencefálica 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. 
 
Apesar de dizermos que os quimiorreceptores centrais monitoram o CO2, eles respondem diretamente às mudanças de pH                                 
no líquido cerebrospinal (LCS). O dióxido de carbono que se difunde através da barreira hematencefálica é convertido em                                   
ácido carbônico, que se dissocia em bicarbonato e em H+. Estudos indicam que o H+ produzido por essa reação inicia o                                         
reflexo quimiorreceptor. 
 
Observe, no entanto, que as mudanças plasmáticas do pH não costumam influenciar os quimiorreceptores centrais                             
diretamente. Embora a PCO2 plasmática influencie diretamente o LCS, o H+ plasmático atravessa a barreira                             
hematencefálica muito lentamente e, portanto, tem pouco efeito direto sobre os quimiorreceptores centrais. 
 
Quando a PCO2 plasmática aumenta, os quimiorreceptores inicialmente respondem fortemente, aumentando a ventilação.                         
No entanto, se a PCO2 permanece elevada durante vários dias, a ventilação cai devido à resposta adaptativa dos                                   
quimiorreceptores. A adaptação parece ser devida ao aumento das concentrações de bicarbonatono LCS, que exerce um                                 
papel importante na neutralização do H+. O mecanismo pelo qual a concentração do bicarbonato aumenta ainda não está                                   
bem esclarecido. 
 
Mesmo que a resposta dos quimiorreceptores centrais sofra adaptação em situações em que a PCO2 se encontra                                 
cronicamente elevada, a resposta dos quimiorreceptores periféricos à queda da PO2 arterial permanece intacta ao longo do                                 
tempo. Em algumas situações, a redução na PO2 torna-se o estímulo químico primário para o aumento da ventilação. Por                                     
exemplo, pacientes com doença pulmonar crônica grave, como a DPOC, apresentam hipercapnia e hipóxia crônicas. A sua                                 
PCO2 arterial pode aumentar para 50 a 55 mmHg (a faixa normal é entre 35-45), ao passo que a sua PO2 pode cair para 45 a                                                   
50 mmHg (a faixa normal é entre 75-100). Uma vez que as concentrações sejam modificadas cronicamente, a resposta dos                                     
quimiorreceptores adapta-se à elevada PCO2. A maior parte do estímulo químico para o aumento da ventilação nesta                                 
situação se deve à diminuição da PO2, detectada pelos quimiorreceptores do corpo carotídeo. Se é dado muito oxigênio a                                     
estes pacientes, eles podem parar de respirar, visto que o seu estímulo químico para a ventilação é eliminado. 
 
Os quimiorreceptores centrais respondem a diminuições ou a aumentos da PCO2 arterial. Se a PCO2 alveolar cair, como                                   
ocorre durante a hiperventilação, tanto a plasmática quanto a do LCS também cairão. Como consequência, a atividade dos                                   
quimiorreceptores centrais diminui, e a rede de controle diminui a frequência da ventilação. Quando a ventilação diminui, o                                   
dióxido de carbono começa a acumular-se nos alvéolos e no plasma. Eventualmente, a PCO2 arterial ultrapassa o limiar                                   
para disparo dos quimiorreceptores. Neste ponto, os receptores disparam, e a rede de controle aumenta novamente a                                 
ventilação. 
 
 
 
Quando as células especializadas tipo 1 ou células               
glomais nos corpos carotídeos são ativadas por uma               
diminuição na PO2 ou no pH ou por um aumento da                     
PCO2, elas desencadeiam um aumento reflexo da             
ventilação. Na maioria das circunstâncias normais, o             
oxigênio não é um fator importante na modulação da                 
ventilação. Para que seja visualizada alguma           
modificação no padrão ventilatório normal, a PO2             
arterial deve cair para menos de 60 mmHg an-tes de a                     
ventilação ser estimulada. Esta grande diminuição da             
PO2 é equivalente a uma subida até uma altitude de                   
3.000 m. (Para referência, Denver localiza-se a uma               
altitude de 1.609 m). No entanto, qualquer condição               
que reduza o pH plasmático ou aumente a PCO2                 
ativará as células glomais das carótidas e da aorta,                 
aumentando a ventilação. 
 
Os detalhes da função das células glomais ainda não                 
são compreendidos, mas o mecanismo básico pelo qual               
estes quimiorreceptores respondem à baixa         
quantidade de oxigênio é similar ao mecanismo de               
liberação da insulina pelas células β-pancreáticas ou             
da transdução do gosto nos botões gustatórios. 
 
Em todos os três exemplos, 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. 
 
As concentrações arteriais de oxigênio não desempenham um papel na regulação diária da ventilação, uma vez que os                                   
quimiorreceptores periféricos respondem apenas a mudanças críticas na PO2 arterial. No entanto, em condições                           
fisiológicas in-comuns, como a grande altitude, e em algumas condições pato-lógicas, como a doença pulmonar obstrutiva                               
crônica (DPOC), a redução da PO2 arterial pode ser suficientemente baixa para ativar os quimiorreceptores periféricos. 
 
Processos mentais conscientes ou inconscientes também afetam a atividade respiratória. Os centros superiores no                           
hipotálamo e no cérebro podem alterar a atividade da rede de controle no tronco encefálico para mudar a frequência e a                                         
amplitude da ventilação. O controle voluntário da ventilação está incluído nesta categoria. Entretanto, o controle exercido                               
pelos centros superiores não é uma condição para que a ventilação seja mantida. Mesmo que o tronco encefálico acima da                                       
ponte seja gravemente lesado, os ciclos respiratórios continuam essencialmente normais. 
 
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. Em algumas dessas situações, as                                       
vias neurais vão diretamente para os neurônios motores somáticos, desviando da rede de controle no tronco encefálico. 
 
Embora possamos alterar temporariamente nosso desempenho respiratório, não podemos suprimir os reflexos                       
quimiorreceptores. Prender a respiração é um bom exemplo. Você pode prender a respiração voluntariamente até que a                                 
PCO2 se eleve no LCS, ativando o reflexo quimiorreceptor, forçando-o a inspirar. 
 
Crianças pequenas que têm acessos de raiva às vezes tentam manipular seus pais ameaçando prender a respiração até                                   
morrer. Entretanto, os reflexos quimiorreceptores tornam impossível para a criança pôr em prática essa ameaça. Crianças                               
extremamente decididas podem continuar a segurar a respiração até ficarem azuis e desmaiarem por hipóxia, mas uma vez                                   
estando inconscientes, a respiração normal automaticamente retorna. 
 
A respiração está intimamente associada à função cardiovascular. Os centros integradores para ambas as funções estão                               
localizados no tronco encefálico, e interneurônios projetam-se entre as duas redes, permitindo a sinalização de um lado                                 
para o outro. Os sistemas circulatório, respiratório e renal funcionam em sincronia, a fim de manter a homeostasia dos                                     
fluidos e o equilíbrio ácido-básico. 
 
Referências 
● Tratado de Fisiologia Médica - Guyton - 13ª Edição - 2017 
● Fisiologia - Berne & Levy - 6ª Edição - 2009 
● Fisiologia Humana - Uma Abordagem Integrada - Silverthorn- 7ª Edição - 2017 
● Fisiologia - Margarida Aires - 4ª Edição - 2012 
● Fisiologia Médica - Boron - 2ª Edição - 2015 
● Fisiologia Básica - Rui Curi - 1ª Edição - 2009 
● Fisiologia Médica - Ganong - 24ª Edição - 2014 
QUESTÃO DA AULA 
Paciente chega ao hospital municipal, e exames mostram pCO2=55 mmHg, e pO2=45 mmHg. Médico plantonista se apressapara corrigir a gasometria, e administra alta quantidade de oxigênio neste paciente. Rapidamente, o paciente apresenta                               
parada respiratória, e o médico é avisado que o paciente possui DPOC grave. O oxigênio é imediatamente cessado, em                                     
tempo de não causar danos ao paciente. Por que administrar oxigênio causou parada respiratória no paciente? 
A DPOC é caracterizada por uma obstrução das vias respiratórias e um consequente aumento em sua resistência. O paciente                                     
com DPOC necessita de maior pressão para manter o mesmo fluxo de ar, ao ministrar oxigênio para este paciente ele entra em                                           
estado de hiperóxia, pois estão adaptados a uma menor disponibilidade de oxigênio e quando expostos a um maior nível do gás,                                         
promove uma descompensação deste equilíbrio e a diminuição brusca da concentração de CO2. 
Em pacientes sem DPOC a administração de oxigênio gera uma hiperinsuflação pulmonar, para o aumento das trocas gasosas,                                   
mas no caso do paciente com DPOC que já tem essa hiperinsuflação pulmonar devido a doença causa a parada respiratória. 
Os quimiorreceptores centrais conseguem se adaptar à situação de hipercapnia crônica dos pacientes com DPOC e não serão                                   
mais capazes de promover um aumento na frequência ventilatória desses pacientes, dessa forma, os quimiorreceptores                             
periféricos, que não se adaptam à situação de hipóxia, serão o estímulo principal para a ventilação dos pacientes com DPOC. A                                         
administração de oxigênio pode causar parada respiratória nos pacientes com DPOC pois irá promover a desativação do                                 
principal estímulo químico para a ventilação dos pacientes, que é a diminuição dos níveis de O2, sem esse estímulo o paciente                                         
terá uma parada respiratória porque os quimiorreceptores centrais não irão promover a ventilação pois estão adaptados à                                 
hipercapnia e os quimiorreceptores periféricos não irão promover também pois os níveis de O2 estarão elevados devido à                                   
administração de oxigênio para o paciente.