VENTILACÃO CIRCULACAO:, SISTEMAS DE FORNECIMENTO DE OXIGÊNIO

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1 CAPíTULO VEN TILACÃO -, E CIRCULACAO:, SISTEMAS DE FORNECIMENTO DE OXIGÊNIO A maioria dos esportes e atividades recreativas e ocupacionais requer um suprimento energético relativamente constante e sustentado. A energia para a ressíntese do ATP (trifosfato de adenosina) é proporcionada pela decomposição aeróbica dos glicídios (carboidratos) e lipídios e, em menor proporção, das proteínas. A menos que se consiga um equilíbrio entre as reações que fornecem energia e as necessidades energéticas da atividade, desenvolve-se um desequilíbrio energético anaeróbico-aeróbico, o ácido láctico se acumula e a fadiga ocorre rapidamente. A habilidade para manter uma atividade física, portanto, depende muito da capacidade e da integração dos dois maiores sistemas de fornecimento de oxigênio, os sistemas ventilatório e circulatório... VENTILACÃO PULMONAR Os pulmões proporcionam a superfície através da qual o oxigênio pode ser transportado do meio externo para o interior do organismo e o anidrido carbônico produzido nos tecidos saia para o exterior. O volume pulmonar de um adulto de dimensões médias varia entre 4 e 6 litros, aproximadamente a quantidade de ar contida numa cesta de basquete. Se o tecido pulmonar for estendido como um tapete, ele cobriria uma superfície aproximadamente 35 vezes maior do que a superfície corporal do homem ou metade de um campo de tênis! Uma superfície tão grande proporciona uma interface enorme para a aeração do sangue pelo ar ambiente. 271

2 272 NUTRiÇÃO E ENERGIA PARA O TRABALHO BIOLÓGICO I I :i Capilar pulmonar FIG Vista geral do sistema ventilatório, que mostra as vias respiratórias, função de um alvéolo nas trocas gasosas. os alvéolos e a ESTRUTURA E FUNCÃO. PULMONAR Uma vista geral do sistema respiratório é exposta na Figura À medida que o ar circula para o interior do pulmão através do nariz e da boca, ele é filtrado, umedecido e ajustado à temperatura corporal. Esse processo de tratamento do ar continua enquanto o ar inspirado desce a traquéia e penetra nos brônquios, dois grandes tubos que o conduzem ao interior de cada pulmão. A seguir, os brônquios se subdividem em vários bronquíolos, que, conduzem o ar aos ramos terminais da árvore respiratória, os alvéolos, que são sacos elásticos microscópicos de paredes delgadas que servem como superfície de trocas gasosas entre os pulmões e o sangue. Milhões de vasos microscópicos de paredes delgadas - os capilares - se dispõem lado a lado com os alvéolos, com o ar se movendo de um lado e o sangue do outro. Apenas duas membranas delgadas, a

3 VENTILAÇÃO E CIRCULAÇÃO: SISTEMAS DE FORNECIMENTO DE OXIG~NIO dos alvéolos e a dos capilares, proporcionam os limites das trocas gasosas entre os meios interno e externo. MECÂNICA DA RESPIRAÇÃO. Uma cobertura larga de músculo em forma de abóbada, o diafragma, funciona como uma tampa fina de borracha ligada ao fundo de uma garrafa, como se vê na Figura Esse músculo é o limite que separa a base do tórax da cavidade abdominal superior. Quando o ar entra nos pulmões - na inspiração -, o diafragma se contrai, achatando a sua curvatura, e se move para baixo em direção à cavidade abdominal. Em conseqüência, a cavidade torácica aumenta, o ar se precipita através da boca e do nariz, e o pulmão infla. A expiração - o processo pelo qual o ar se movimenta para fora do pulmão - é predominantemente passiva; durante o repouso e no esforço leve, ocorre pelo relaxamento dos músculos inspiratórios e pelo retraimento natural dos tecidos pulmonares distendidos. Essa ação reduz as dimensões da cavidade torácica, e o ar sai dos pulmões. I Ação do Diafragma I IAção das Costelas l ---_ FIG Mecânica respiratória. Durante a inspiração, a cavidade torácica aumenta à custa da elevação das costelas e do abaixamento do diafragma. Na expiração, as costelas se abaixam e o diafragma retorna à sua postura de relaxamento, o que reduz o volume da cavidade torácica, e o ar sai. O movimento do assoalho elástico do vaso faz com que o ar entre e saia dos dois balões, simulando a ação do diafragma; o das alças do vaso simula a ação das costelas.

4 274 NUTRiÇÃO E ENERGIA PARA O TRABALHO BIOLÓGICO Interação tórax-pulmão. Ao contrário de balões que precisam ser presos a baldes, os pulmões não estão apenas suspensos na cavidade torácica. Maisexatamente, a pressão diferencial entre o ar existente no interiordo pulmão e a interface pulmão-parede torácica possibilita que o pulmão se mantenha aderido à parede torácica e que a siga literalmente em todos cs seus movimentos. Durante exercícios intensos, os músculos que atuam sobre as costelas e o esterno e a musculatura abdominal contribuem para provocar mudanças rápidas nas dimensões da cavidade torácica, e o fluxo de ar dentro dos pulmões aumenta dramaticamente. Esse fluxo, chamado de ventilação pulmonar, pode aumentar de 6 litros de ar por minuto em repouso a 160 a 220 litros em atletas de longa distância bem condicionados em resposta às necessidades metabólicas máximas. Mesmo esse esforço exaustivo não sobrecarrega totalmente a capacidade respiratória individual porque ainda sobra uma reserva respiratória. *.[.1 RESPIRE NORMALMENTE DURANTE O EXERCíCIO. Os músculos expiratórios desempenham função importante na tosse e no espirro e também em firmar o abdômen e o tórax enquanto se levanta um objeto pesado. Na respiração normal, apenas pequenas alterações de pressão ocorrem na cavidade torácica, acarretando um leve fluxo aéreo nas câmaras alveolares. Se, entretanto, a glote se fechar após uma inspiração profunda e os músculos êxpiratórios se contraírem em esforço máximo, a pressão intratorácica aumentará incrivelmente. Esse esforço expiratório contra a glote fechada é chamada de manobra de Valsalva, e comumente acontece no levantamento de peso e em outros tipos de atividade que requeiram uma aplicação súbita e quase máxima de força. Glote. A glote é a parte mais estreita da laringe por onde o ar passa para dentro e para fora da traquéia. Normalmente sua ação protege a traquéia, cobrindo-a durante a deglutição, para evitar a entrada do alimento (engasgo). Como se vê na Figura 12-3, o aumento da pressão durante a Valsalva é transmitido através das paredes finas das veias que perpassam todo o tórax. Como o sangue venoso se mantém em pressão relativamente baixa, estas veias ficam comprimidas, e o fluxo sangüíneo de retorno ao coração se reduz consideravelmente. Esta redução do retorno venoso pode diminuir a perfusão cerebral, o que com freqüência produz tonteiras, escotomas cintilantes e mesmo lipotimias (síncopes). O melhor meio para minimizar tais conseqüências é respirar normalmente durante o exercicio e evitar a apnéia ao esforçar-se para levantar um objeto pesado. * N.T.: Trabalhos recentes de Power e col. mostram que os 29 melhores maratonistas reduzem, em esforço máximo, a saturação de oxigênio a níveis muito mais baixos (91 a 94% de saturação) do que as pessoas comuns, invadindo essa reserva.

5 VENTILAÇÃO E CIRCULAQÃO: SISTEMAS DE FORNECIMENTO DE OXIG~NIO 275 Glote aberta 7""::""-- Veia cava ~--+-- inferior ~ 180 ~ 160 s ~ 140 1lI ~ 120 ~!'! Q. 20t,!-' FIG A manobra de Valsalva reduz significativamente o retorno venoso ao coração porque o aumento da pressão intratorácica provocacolapso das veias que perpassam a cavidadetorácica.(a) Respiraçãonormal. (B) Esforço do exercício com subseqüente Valsalva. (C) Respostada pressão arterial antes e durante a prática de exercíciosextenuantes. AS TROCAS GASOSAS NOS PULMÕES o movimento das moléculas gasosas que entram ou deixam os pulmões e os tecidos corporais ocorre pelo processo de difusão, em que o gás se move de uma área de maior concentração para outra de menor concentração. A Figura 12-4 mostra a troca de oxigênio e gás carbônico entre o pulmão e o sangue e a difusão posterior desses gases nos tecidos. As trocas gasosas são inteiramente o resultado da pressão diferencial entre esses gases. A pressão exerci da pelas moléculas de oxigênio é consideravelmente maior nos alvéolos do que no sangue venoso. Assim, o oxigênio é forçado, através da membrana alveolar, a penetrar no sangue. Por outro lado, o gás carbônico (dióxido de carbono) está sob maior pressão no sangue venoso do que no alvéolo. Portanto, ele se difunde do sangue para os alvéolos.

6 276 NUTRiÇÃO E ENERGIA PARA O TRABALHO BIOLÓGICO FIG Trocas de oxigênio e dióxido de carbono em repouso entre os alvéolos e o sangue e entre o sangue e os tecidos. Durante o exercício, o oxigênio alveolar e arterial e o gás carbônico permanecem quase na mesma proporção encontrada em repouso. Nos músculos, no entanto, a crescente demanda de energia faz com que os valores de oxigênio baixem precipitadamente, com o aumento correspondente de dióxido de carbono. Portanto, os valores do sangue venoso variam consideravelmente quanto ao conteúdo de oxigênio e dióxido de carbono, dependendo do nível de atividade física da pessoa.

7 VENTILAÇÃO E CIRCULAÇÃO: SISTEMAS DE FQRNECIMENTO DE OXIG~NIO 277 As trocas gasosas ocorrem rapidamente. O processo de difusão no pulmão normal é tão rápido que um equilíbriodos gases do sangue com os gases alveolares se faz em menos de 1 segundo. As pressões de oxigênio e gás carbônico no sangue arterial diferem consideravelmente de suas pressões nas células. Dessa forma, o oxigênio nos tecidos é usado continuamente durante o metabolismo para produzir uma quantidade de dióxido de carbono quase igual. Assim se criam gradientes de pressão que causam uma difusão gasosa rápida entre o sangue e os tecidos. O oxigênio deixa o sangue e é transportado para a célula metabolizadora, enquanto o gás carbônico flui da célula ao sangue. Deixando os tecidos, o sangue é transportado nas veias para o coração, sendo a seguir bombeado para os pulmões, onde a difusão novamente tem lugar. Durante o exercício, com o aumento das necessidades energéticas, quotas maiores de oxigênio se difundem dos alvéolos para o sangue pobre de oxigênio que retoma aos músculos em ação. Ao mesmo tempo, quantidades consideráveis de dióxido de carbono produzidas nos músculos e transportadas pelo sangue seguem para os pulmões. A ventilação pulmonar aumenta para que se mantenha a concentração adequada dos gases alveolares, com o objetivo de manter o suprimento de oxigênio e eliminar o gás carbônico. Com o ajuste da ventilação às necessidades metabólicas do organismo, a composição do ar alveolar permanece notavelmente constante, mesmo durante atividades físicas extenuantes. Melhora do transporte de oxigênio. A hemoglobina aumenta a capacidade de transporte de oxigêniodo sangue em cerca de 65 vezes acima do que normalmenteé dissolvidono plasma. TRANSPORTE DE OXIGÊNIO A Figura 12-5 expõe o percentual da composição do sangue centrifugado de plasma e de hemácias (hematócrito) e os valores das quotas de oxigênio transportadas em cada componente. Além do que, a maior parte do oxigênio no sangue é transportada em combinação com a hemoglobina, o composto protéico encontrado nas células vermelhas que contém ferro. Os átomos de ferro de cada molécula de hemoglobina seqüestram moléculas de oxigênio de forma livre e transitória, possibilitando que o oxigênio seja capaz de ser prontamente liberado em função das necessidades dos tecidos. É a oxigenação da hemoglobina que fornece ao sangue arterial a sua cor vermelha característica. Quando o conteúdo de hemoglobina (Hb) das hemácias reduz-se significativamente, como em certos tipos de anemia, também diminui a quota de oxigênio transportado pelo sangue. Conforme abordado no Capítulo 7, a redução do desempenho e a fadiga precoce que ocorrem nas atividades aeróbicas são conseqüências freqüentes da anemia.

8 278 NUTRiÇÃO E ENERGIA PARA O TRABALHO BIOLÓGICO Plasma (55% do sangue total) 0,3 ml O 2 ~: I FIG Principais componentes do sangue e o oxigêniotransportado em 100 ml de sangue total. (Hb = hemoglobina.) RESPIRANDO GÁS ENRIQUECIDO DE OXIGÊNIO. A natureza dos ajustes ventilatórios em uma pessoa normal, assim corno as características químicas específicas da hemoglobina, é tal que, mesmo durante um exercício intenso, a hemoglobina transporta praticamente todo o seu complemento de oxigênio. Assim, respirar misturas gasosas de oxigênio concentrado, como freqüentem ente ocorre com jogadores de futebol americano nas prorrogações e intervalos entre os tempos ou após esforços extenuantes, acrescenta muito pouco ao fornecimento de oxigênio já normalmente transportado pelo sangue. A inalação de oxigênio, no entanto, poderia ser benéfica nessas circunstâncias, especialmente nas provas de resistência, em que a liberação de oxigênio é da maior importância. Respirar oxigênio ou misturas enriquecidas de oxlqênlc antes ou para recuperar-se de um exercício pode oferecer um apoio psicológico, mas sua contribuição fisiológica é, no máximo, de muito pouca importância. VENTILACÃO. PULMONAR DURANTE O EXERCíCIO Já nos primeiros momentos de um exercício submáximo, a ventilação aumenta rapidamente até um nível estável de equilíbrio cardiorrespiratório (steady state), como mostra a Figura À medida que a intensidade do exercício aumenta, ajustes respiratórios rápidos são realizados na freqüência e na profundidade da ventilação, para que seja alcançado um novo nível de equilíbrio. As curvas da Figura 12-6 ilustram as relações entre ventilação pulmonar e a captação de oxigênio para indivíduos treinados e destreinados. Cada ponto representa os valores médios de ventilação para uma captação particular de oxigênio durante aumentos sucessivos na intensidade do esforço.

9 VENTILAÇÃO E CIRCULAÇÃO: SISTEMAS DE FORNECIMENTO DE OXIG~NIO 279, Q o Treinado Oestreinado,, , t ,,,,.: I t t---,,,,,, , , I,, Consumo de oxigênio (ml/kgemin) FIG Relações entre ventilação pulmonar e consumo de oxigênio em indivíduos treinados e destreinados. Um estímulo adicional para a respiração. Ocorre hiperventilação em exercícios intensos porque o ácido láctico produzido acrescenta um estímulo à ventilação pulmonar. Isto acontece quando o ácido láctico é utilizado para produzir ácido carbônico. Nos pulmões, o ácido carbônico se fraciona em seus componentes: água (H 2 0) e dióxido de carbono (C0 2 ). dióxido de carbono fornece um estímulo adicional para o aumento da ventilação. Em exercicros moderados, o volume da ventilação aumenta linearmente com a quota de oxigênio consumida pelos tecidos. Em conseqüência, as pressões de oxigênio e de gás carbônico nos alvéolos permanecem aproximadamente nos valores do repouso, e o fluxo sangüíneo através dos pulmões se oxigena completamente. Durante exercícios intensos, o volume ventiliüório cresce desproporcionalmente em comparação com a captação de oxigênio, isto é, mais ar é respirado para que seja suprida a quota necessária de oxigênio do que quando se realiza exercício moderado. Se a capacidade respiratória for inadequada para suprir as necessidades metabólicas (como acontece nas doenças pulmonares obstrutivas, como a asma e o enfisema), a relação entre a ventilação pulmonar e a captação de oxigênio se inclinará em direção oposta, indicando a impossibilidade de a ventilação manter-se ao nível das necessidades de oxigênio. Quando isso ocorre, perdemos ar durante o exercício. Contudo, isso não costuma acontecer, embora ocorra uma hiperventilação durante exercícios intensos.

10 280 NUTRiÇÃO E ENERGIA PARA O TRABALHO BIOLÓGICO f As PESSOAS TREINADAS RESPIRAM MENOS. A forma da curva de ajuste entre a ventilação pulmonar, e a captação de oxigênio durante os exercícios de intensidade crescente é essencialmente igual entre os indivíduos treinados e os destreinados, a não ser em um determinado ponto submáximo do exercício, quando os volumes vcntilatórios são menores nas pessoas treinadas. Essa adaptação surge precocemente com o treinamento e é benéfica por duas razões: diminui o efeito da fadiga dos músculos respiratórios, produzida pelo exercício, e libera o oxigênio desses músculos ventilatórios, tornando-o disponível aos músculos atuantes no exercício. Os pulmões de pessoas sadias são mais do que capazes de manter uma pressão de gases alveolares satisfatória, mesmo durante os exercícios mais intensos, quando a circulação é exigida ao máximo. Para a maioria das pessoas, o sangue que sai dos pulmões para circular pelo corpo durante o exercício está virtualmente carregado da mesma quota de oxigênio transportada em repouso. * Assim, a capacidade para respirar e de ventilar os pulmões não limita o desempenho de pessoas sadias durante a aiividade física. :~, ::: i ~ J Até as pessoas em forma têm asma. Um elevado nível de capacidade de trabalho não confere imunidade ao broncoespasmo induzido pelo exercício. Cerca de 12% dos atletas americanos que competiram nas Olimpíadas de 1984 passaram por este problema. A campeã olímpica de maratona (1984), Joan Benoit Samuelson, teve problemas respiratórios em várias corridas de maratona em 1991, levando-a a descobrir a sua condição de asmática. Apesar de sentir dificuldades respiratórias durante a Maratona de Nova York de 1991, ela ainda conseguiu terminar a prova com o tempo de 2:33:40! o EXERcíCIO E O ASMÁTICO. A asma afeta cerca de 10 milhões de americanos, a maioria crianças. A doença, caracterizada por hiperirritabilidade das vias respiratórias, se manifesta em geral por tosse, frêmito, catarro, chiado e diminuição do fôlego. Para muitos asmáticos o exercício é um estímulo forte à constrição das vias aéreas, associada ao ataque da asma. O movimento de grandes volumes de ar durante o exercício provoca um resfriamento na árvore respiratória, enquanto o ar inspirado se aquece e se umedifica. Esse resfriamento durante o exercício e o reaquecimento pós-exercício desencadeiam espasmos dos músculos lisos, aproximando as paredes das vias respiratórias e aumentando muito a resistência ao fluxo respiratório. Esse efeito se torna mais evidente com exercícios realizados em ambientes frios e secos, onde uma umectação considerável se evapora das vias aéreas (com subseqüente efeito de resfriamento) ao mesmo tempo em que o ar inspirado se aquece e se umedece, Entretanto, a resposta asmática provocada pelo exercício fica mascarada quando o exercício é realizado em ambiente úmido, onde há menor perda de líquidos e resfriamento das vias aéreas. Isso explica por que uma caminhada oujogging em dias quentes e úmidos ou a natação em piscinas cobertas é em geral mais bem tolerada pelos asmáticos, enquanto exercícios ao ar frio e seco de inverno em geral desencadeiam um ataque de asma. Para que o asmático possa exercitar-se regularmente em quaisquer condições arnbientais, deve ser fornecida medicação para limitar a constrição das vias aéreas. * N.T.: Esta afirmação não se estende aos atletas de provas de resistência. Ver Power S. K. e cols., citados por Maurício Leal Rocha e Purelisa de Castro. Provas de Função Pulmonar na Prática Diária, de A. Lemle, Cap, 4: 201 a 219, EPUC, 1994.

11 VENTILAÇÃO E CIRCULAÇÃO: SISTEMAS DE FORNECIMENTO DE OXIG~NIO 281 Broncoespasmo induzido pelo frio. Aumentar progressivamente a série de exercícios é uma técnica simples para o diagnóstico da asma induzida por exercícios. Após cada série de exercícios, a função respiratória é avaliada durante minutosno período de recuperação. Em geral, uma redução de 15% nos valores pré-exercício confirma o diagnóstico da asma induzidapor exercícios. TOSSE APÓS O EXERcíCIO. O exercício realizado por pessoas normais freqüentemente se associa a ressecamento da garganta e tosse após o esforço, especialmente após exercícios realizados em clima frio. A tosse nessas condições resulta da perda de água e do ressecamento das vias respiratórias, associados ao grande volume de ar respirado durante o exercício. o FUMO. Acumulam-se evidências de que fumar durante algum tempo causa várias doenças pulmonares e cardiovasculares graves, incluindo enfisema, bronquites crônicas, hipertensão, cardiopatias coronarianas e vários tipos de câncer. Embora essas doenças em geral levem anos para se manifestar, os efeitos imediatos do fumo têm uma importância significativa para os adeptos da atividade física. A resistência das vias aéreas à respiração passa a ser três vezes maior após 15 tragos de cigarro, e esse efeito perdura por cerca de 35 minutos. Esse efeito residual do fumo no custo da respiração pode aumentar bastante as necessidades de oxigênio para manter uma ventilação adequada durante exercícios intensos. Recompensa rápida pela abstenção. O custo para a respiração provocado pelo fumo é revertidoconsideravelmente quando o fumante crônicopassa um únicodia sem fumar. Assim, se os atletas são incapazes de eliminarcompletamente o fumo, eles devem ao. menos suspendê-io no dia da competição. CIRCULACÃO, Um sistema ventilatório altamente eficiente é complementado por um sistema rápido de transporte e liberação, constituído pelo sangue, pelo coração e por quase quilômetros de vasos sangüíneos, que se integram no corpo como uma unidade. O sistema circulatório atende a quatro funções importantes durante a atividade física: Fornece sangue aos músculos em ação, onde o oxigênio é trocado por uma quantidade quase igual de dióxido de carbono. Faz o sangue retornar aos pulmões, onde os gases resultantes do metabolismo dos tecidos são trocados pelos do meio ambiente.