FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA

Troca gasosa para suprir as trilhões de células do nosso corpo com O2 e retirar CO2

Superfície de troca eficiente. Troca de ar intensa que pode ressecar essa superfície.

Como na circulação, é necessário utilizar uma bomba para realizar essa troca.

Funções primárias do sistema respiratório

1- Troca gasosa entre sangue e atmosfera

Distribuição do O2 e retirada do CO2 sistêmico

2- Regulação homeostática do pH corporal

O pH corporal é alterado pela retenção ou excreção de CO2

3- Proteção contra substâncias irritantes e patógenos

O epitélio pulmonar funcional protege

4- Vocalização

O movimento de ar ao longo das pregas vocais cria vibrações gerando o som.

Cada alvéolo é composto por uma camada simples de epitélio de troca.

Dois tipos de células epiteliais: Tipo I – maiores e finas para permitir a troca de gases mais

eficiente.Tipo II – Sintetizam e secretam o surfactante.

As paredes dos alvéolos não se contraem (não contém músculo). O tecido conjuntivo entre os alvéolos contém muitas fibras de elastina que criam a elasticidade dos pulmões.

Funcionalmente, o tórax é uma cavidade preenchida com três bolsas membranosas: o pericárdio e os sacos pleurais.

O fluido pleural serve para: a) proteger os pulmões e b) o fluido entre as paredes pleurais servem para diminuir o atrito gerado pelo movimento dos pulmões.

A circulação pulmonar contém cerca de 0,5L de sangue, sendo que 75 mL encontra-se nos capilares.

A taxa de fluxo sanguíneo nos pulmões é alta. Recebe cerca de 5L de sangue por min. O fluxo de sangue em um min no pulmão é igual ao fluxo através do corpo em repouso.

Pressão nos pulmões cerca de 25/8 mmHg. Baixa resistência da circulação pulmonar

Qual seria a vantagem desta pressão baixa nos pulmões?

Uma pessoa tem falha ventricular esquerda mas a função ventricular direita é normal. Como resultado, o sangue se acumula na circulação pulmonar, e a pressão hidrostática dobra. O que acontece com o fluxo do fluido através das paredes dos capilares pulmonares?

LEI DOS GASES

Pressão arterial e pressão atmosféricas são lidas em mmHg. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 760 mmHg.

Lei dos gases:

1) A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões individuais dos gases que a compõem (lei de Dalton).

2) Os gases, simples ou em mistura, movimentam-se de áreas de alta pressão para de baixa pressão.

3) Se o volume de um recipiente muda, a pressão do gás irá mudar de modo inverso (lei de Boyle).

4) A quantidade de um gás que irá se dissolver em um líquido é determinada pela pressão parcial dos gás e pela solubilidade do gás no líquido (lei de Henry).

1) A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões individuais dos gases que a compõem (lei de Dalton).

Assim, no ar seco em pressão atmosférica, 78% da pressão total ser decorrente das moléculas de nitrogênio, 21% de oxigênio e assim por diante

Gás Pressão parcial no ar atmosférico seco

Pressão parcial no ar atmosférico, 100% de

umidade

Nitrogênio (N2) 593 mmHg 575 mmHg

Oxigênio (O2) 160 mmHg 152 mmHg

Dióxido de Carbono (CO2)

0,25 mmHg 0,24 mmHg

Vapor d´água 0 mmHg 23,8 mmHg

Na fisiologia respiratória precisamos também nos concentrar na pressão individual de um gás (pressão parcial)

Pressão parcial (Pgas) = pressão atmosférica (Patm) X a contribuição relativa do gás (%)

Pressão parcial do oxigênio = 760 mmHg X 21% = 160 mmHg

O fluxo de ar ocorre se existe um gradiente de pressão. O ar move-se de áreas de alta pressão para as áreas de baixa pressão.

O mesmo se aplica para os gases. Ex. o oxigênio move-se de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração.

LEI DE BOYLE

P1V1 =P2V2

Ex: 100 mmHg X 1L = P2 x 0,5LP2 = 200 mmHg

No sistema respiratório, mudanças no volume da cavidade peitoral durante a ventilação causam gradientes de pressão que criam o fluxo de ar.

Movimento de ar no tórax = fluxo de volume (todo o ar é movimentado)

Solubilidade dos gases em líquidos

O movimento das moléculas de um gás para dentro de uma solução é diretamente proporcional a três fatores:

• ao gradiente de pressão individual do gás• à solubilidade do gás em um dado líquido• à temperatura

A facilidade com a qual o gás se dilui em uma solução é a sua solubilidade

A VENTILACAO

A ventilação é a primeira troca na fisiologia respiratória

Células caliciformes

As vias aéreas umidificam (adição de até 100% de umidade), aquecem (37oC) e filtram o ar inspirado.

Escalação do muco

O fluxo de ar nos pulmões é causado por gradientes de pressão criados por um bombeamento.

A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui. Neurônios motores somáticos induzem a contração do diafragma e dos músculos inspiratórios.

Na inspiração os músculos intercostais externos e os escalenos se contraem

A expiração ocorre quando a pressão alveolar excede a pressão atmosférica.

Na respiração em repouso o movimento de expiração é passivo e não envolve contração muscular (expiração passiva).

A respiração normal em repouso é de 12-20 ciclos por minuto. A expiração ativa ocorre quando a ventilação excede 30-40 ciclos por minuto.

Os músculos intercostais internos empurram as costelas para dentro reduzindo volume da caixa torácica.

Os músculos intercostais internos e externos são grupos musculares antagonistas. O diafragma não! Na expiração ativa, os músculos abdominais tornam-se ativos.

A pressão intrapleural muda durante a ventilação.

A ventilação adequada depende da capacidade dos pulmões de se distender. Complacência.

Complacência vs. Elasticidade

Enfisema pulmonar – destruição das fibras de elastina. Problemas na expiração!

Analogia. Balão de ar vs. Saco plástico

Diminuição na complacência dos pulmões – doenças pulmonares restritivas.

Doenças pulmonares fibróticas e produção inadequada de surfactante

Camada liquida ao redor dos alvéolos cria uma tensão superficial.

Lei de La Place

P = 2 X T/r

P = pressão dentro do alvéolo; T = tensão superficial do fluido; r = raio do alvéolo

Síndrome do sofrimento respiratório do recém-nascido (SSRRN)

Medidas de suporte: ventilação artificial e administração de surfactante artificial.

Diâmetro das vias aéreas como fator determinante da resistência das vias aéreas

R = Ln / r4

90% da resistência das vias aéreas pode ser atribuída à traquéia e aos brônquios. Estruturas rígidas que geram uma resistência constante.

Acúmulo de muco (infecções e alergias) aumentam essa resistência.

Broncoconstrição aumenta a resistência do ar. Bronquíolos sujeito ao reflexos do sistema nervoso e hormonal.

Mudanças no diâmetro alveolar ocorrem em resposta a substâncias parácrinas.

Controle nervoso dos bronquíolos é feito por neurônios parassimpáticos que causam broncoconstrição. Reflexo para proteção contra agentes irritantes.

Músculo liso dos bronquíolos contém receptores beta 2 que respondem a adrenalina. Relaxamento.

CO2 como principal mediador, relaxa o músculo liso bronquiolar.

Histamina – broncoconstritor. Liberados pelos mastócitos como resposta ao dano tecidual ou reações alérgicas.

Testes de função pulmonar utiliza o espirômetro. Mede o volume de ar que é movimentado em cada respiração.

O ar movido durante uma respiração pode ser dividido em quatro volumes: (1) volume corrente; (2) volume inspiratório de reserva; (3) volume expiratório de reserva; (4) volume residual.

Os volumes respiratórios para as mulheres são menores cerca de 20-25%.

VR = Volume residual

VER = Volume expiratório de reserva

VC = Volume correnteVIR = Volume Inspiratório de reserva

VR

VER

VC

VIR

Volume corrente (Vc): volume de ar que se move em uma inspiração ou expiração simples normal. Cerca de 500 mL

Volume inspiratório de reserva (VIR): volume adicional de inspiração além do volume corrente. Cerca de 3000 mL.

Volume expiratório de reserva (VER): volume de ar exalado após a expiração normal. Cerca de 1100 mL.

Volume residual (VR): volume de ar residual após uma exalação máxima. Cerca de 1200 mL.

Ventilação pulmonar total = frequência de ventilação X Vc

Ex: 12 respirações por min X 500mL por respiração = 6000mL/min

A ventilação total significa a troca de ar efetiva ao nível dos alvéolos?

Ventilação alveolar = freqüência de ventilação X (Vc – espaco anatômico morto)

Ex: 12 respirações por min X (500mL por respiração – 150 mL por respiração) = 4200mL/min

Volume corrente (mL)

Freqüência respiratória (ciclos/min)

Ventilação Pulmonar Total

(mL/min)

Ar fresco nos alvéolos

Ventilação alveolar

(mL7min)

500 (normal) 12 (normal) 6000 350 4200

300 (superficial)

20 (rápida) 6000 150 3000

750 (profundo) 8 (lenta) 6000 600 4800

Ventilação alveolar e padrão de respiração

Nome Descrição Exemplos

Eupnéia Respiração normal em repouso

Hiperpnéia Freqüência respiratória aumentada e/ou volume, em resposta ao aumento do

metabolismoExercício

Hiperventilação Freqüência respiratória aumentada e/ou volume, sem aumento do metabolismo

Hiperventilacao emocional; soprar um balão

HipoventilaçãoDiminuição da ventilação pulmonar

Respiração curta; asma; doença pulmonar restritiva

Taquipnéia Respiração rápida; usualmente a freqüência respiratória aumenta com a

diminuição da profundidade da respiração.

Ofegar

DispnéiaDificuldade de respiração.

Várias patologias ou exercício intenso

ApnéiaParada respiratória

Segurar voluntariamente a respiração; depressão dos centros de controle do SNC

Ventilação vs. Fluxo Sanguíneo

Pressão arterial ao nível dos capilares determinam a dilatação e troca gasosa.

Repouso – rede de capilares na região superior do pulmão estão fechadas.

Dilatação bronquiolar é regulada pela PCO2 no ar expirado

Composição do gás

BronquíolosArteríolas

pulmonaresArteríolas sistêmicas

PCO2 aumenta Dilatação (Constrição) Dilatação

PCO2 diminui Constrição (Dilatação) Constrição

PO2 aumenta (Constrição) Dilatação Constrição

PO2 diminui (Dilatação) Constrição Dilatação

Controle local das arteríolas e bronquíolos

A ventilação dos alvéolos está relacionada com a perfusão através dos capilares

Se a ventilação diminui em um grupo de alvéolos, ocorre a baixa oxigenação do sangue nessa região.

A PO2 diminuída contrai as arteríolas desviando o sangue para os alvéolos mais ventilados.

Se um tumor nos tecidos pulmonares diminui para o mínimo o fluxo sanguíneo em uma pequena área no pulmão:

1- O que acontece com a PO2 nos alvéolos e no tecidos adjacente?2- O que acontece com a PCO2 na mesma região?3- Qual é a resposta compensatória dos bronquíolos nesta região? 4- A compensação trará a ventilação do pulmão de volta ao normal?

A Troca de Gases no Pulmão

- A taxa de difusão através das membranas é diretamente proporcional ao gradiente de pressão parcial (concentração).

- A taxa de difusão através das membranas é diretamente proporcional à superfície de área disponível.

- A taxa de difusão através das membranas é inversamente proporcional à espessura da membrana.

- A difusão é mais rápida em distâncias curtas.

Troca gasosa entre os alvéolos e as células

A altitude como fator que altera o conteúdo de oxigênio no ar.

Nível do mar (760 mmHg) – Po2 = 160 mmHg – alvéolo = 100 mmHg

Everest (253 mmHg) - Po2 = 53 mmHg – alvéolo = 35 mmHg

Ventilação alveolar baixa (hipoventilação) – menor entrada de ar fresco nos pulmões.

Fatores patológicos associados:

- aumento da resistência (asma)- diminuição da complacência (fibrose)- depressão da regulação nervosa

Pulmão Normal

Enfisema: destruição (macrófagos) dos alvéolos (fibras elásticas) levando a menor área de superfície para a troca

Doença fibrótica pulmonar: espessamento da membrana alveolar. Perda da complacência pulmonar diminui a ventilação

Edema pulmonar: fluido no espaço intersticial aumenta a distância de difusão

Asma: aumento da resistência das vias aéreas diminui a ventilação

Causas de hipoxia e exemplos

Hipoxia hipóxica: PO2 arterial baixa

- Fisiológica: altitude alta- Hipoventilação alveolar- Capacidade de difusão pulmonar diminuída- Taxa de perfusão-ventilação anormal

Hipoxia anêmica: Diminuição na quantidade total de O2 ligado à hemogoblina

- Perda de sangue e anemia- O monóxido de carbono impede a ligação do O2

Hipoxia isquêmica: causada pelo fluxo reduzido de sangue nos tecidos

- Geral (falência do coração), periférica (choque), ou em um órgão único (trombose coronariana)

Hipoxia histotóxica: dificuldade das células em usar o O2 em razão de envenenamento

- Cianeto e outros venenos metabólicos

Transporte de O2 - Hemoglobina

Baixa solubilidade do O2 em soluções aquosas.

Conteúdo total de O2 no sangue = quant. dissolvida no plasma + quant. de O2 ligada a Hb

Solubilidade do O2 no plasma: 3 mL / L

Debito cardíaco transporta no plasma 15 mL de O2.

O2 transportado pela Hb: 197 mL / L

Conteúdo total de O2 no sangue: 200 mL / L

Necessidade do organismo em repouso = 250mL de O2

Hb como reservatório de O2 no sangue

Fatores que alteram a ligação do O2 com a Hb

Fatores que alteram a ligação do O2 com a Hb

Transporte de CO2 no sangue

Conversão de CO2 em bicabornato (HCO3-) – Anidrase carbônica

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Anidrase carbônica

Sensores carotídeos do oxigênio

Quimioreceptores centrais monitoram o CO2 no fluido cerebroespinal