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 0,5L
P2 = 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
As vias aéreas umidificam (adição de até 100% de umidade),
aquecem (37oC) e filtram o ar inspirado.
Escalação do muco
Células caliciformes
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
ventilação.
intrapleural
muda
durante
a
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
surfactante
fibróticas
e
produção
inadequada
de
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.
CO2 como principal mediador, relaxa o músculo liso bronquiolar.
Histamina – broncoconstritor. Liberados pelos mastócitos como
resposta ao dano tecidual ou reações alérgicas.
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.
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 2025%.
VR
VER
VC
VIR
VR = Volume residual
VER = Volume expiratório de reserva
VC = Volume corrente
VIR = Volume Inspiratório de reserva
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
Ventilação alveolar e padrão de respiração
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
Nome
Eupnéia
Hiperpnéia
Hiperventilação
Hipoventilação
Taquipnéia
Descrição
Exemplos
Respiração normal em repouso
Freqüência respiratória aumentada e/ou
volume, em resposta ao aumento do
metabolismo
Exercício
Freqüência respiratória aumentada e/ou
volume, sem aumento do metabolismo
Hiperventilacao emocional;
soprar um balão
Diminuição da ventilação pulmonar
Respiração curta; asma;
doença pulmonar restritiva
Respiração rápida; usualmente a
freqüência respiratória aumenta com a
diminuição da profundidade da
respiração.
Ofegar
Dificuldade de respiração.
Várias patologias ou
exercício intenso
Parada respiratória
Segurar voluntariamente a
respiração; depressão dos
centros de controle do SNC
Dispnéia
Apnéia
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
Controle local das arteríolas e bronquíolos
Composição do
gás
Bronquíolos
Arteríolas
pulmonares
Arteríolas
sistêmicas
PCO2 aumenta
Dilatação
(Constrição)
Dilatação
PCO2 diminui
Constrição
(Dilatação)
Constrição
PO2 aumenta
(Constrição)
Dilatação
Constrição
PO2 diminui
(Dilatação)
Constrição
Dilatação
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
Doença fibrótica pulmonar: espessamento da
membrana alveolar. Perda da complacência
pulmonar diminui a ventilação
Enfisema: destruição (macrófagos) dos alvéolos
(fibras elásticas) levando a menor área de
superfície para a troca
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
Anidrase carbônica
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
Sensores carotídeos do oxigênio
Quimioreceptores centrais monitoram o CO2 no fluido cerebroespinal