SISTEMA RESPIRATÓRIO SISTEMA RESPIRATÓRIO

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1 SISTEMA RESPIRATÓRIO SISTEMA RESPIRATÓRIO O sistema respiratório humano é constituído por um par de pulmões e por vários órgãos que conduzem o ar para dentro e para fora das cavidades pulmonares. Esses órgãos são as fossas nasais, a boca, a faringe, a laringe, a traquéia, os brônquios, os bronquíolos e os alvéolos, os três últimos localizados nos pulmões. 1

2 Estrutura e Função Fossas nasais: são duas cavidades paralelas que começam nas narinas e terminam na faringe. Elas são separadas uma da outra por uma parede cartilaginosa denominada septo nasal. Em seu interior há dobras chamada cornetos nasais, que forçam o ar a turbilhonar. Possuem um revestimento dotado de células produtoras de muco e células ciliadas, também presentes nas porções inferiores das vias aéreas, como traquéia, brônquios e porção inicial dos bronquíolos. No teto das fossas nasais existem células sensoriais, responsáveis pelo sentido do olfato. Têm as funções de filtrar, umedecer e aquecer o ar. FOSSAS NASAIS 2

3 Estrutura e Função Faringe: É um canal comum aos sistemas digestório e respiratório e comunica-se com a boca e com as fossas nasais. O ar inspirado pelas narinas ou pela boca passa necessariamente pela faringe, antes de atingir a laringe. Laringe: É um tubo sustentado por peças de cartilagem articuladas, situado na parte superior do pescoço, em continuação à faringe. O pomo-de-adão, saliência que aparece no pescoço, faz parte de uma das peças cartilaginosas da laringe. A entrada da laringe chama-se glote. Acima dela existe uma espécie de lingüeta de cartilagem denominada epiglote, que funciona como válvula. Quando nos alimentamos, a laringe sobe e sua entrada é fechada pela epiglote. Isso impede que o alimento ingerido penetre nas vias respiratórias. O epitélio que reveste a laringe apresenta pregas, as cordas vocais, capazes de produzir sons durante a passagem de ar. 3

4 Estrutura e Função 4

5 Estrutura e Função Traquéia: é um tubo de aproximadamente 1,5 cm de diâmetro por centímetros de comprimento, cujas paredes são reforçadas por anéis cartilaginosos. Bifurca-se na sua região inferior, originando os brônquios, que penetram nos pulmões. Seu epitélio de revestimento muco-ciliar adere partículas de poeira e bactérias presentes em suspensão no ar inalado, que são posteriormente varridas para fora (graças ao movimento dos cílios) e engolidas ou expelidas. Estrutura e Função Pulmões: Os pulmões humanos são órgãos esponjosos, com aproximadamente 25 cm de comprimento, sendo envolvidos por uma membrana serosa denominada pleura. Nos pulmões os brônquios ramificam-se profusamente, dando origem a tubos cada vez mais finos, os bronquíolos. O conjunto altamente ramificado de bronquíolos é a árvore brônquica ou árvore respiratória. Cada bronquíolo termina em pequenas bolsas formadas por células epiteliais achatadas (tecido epitelial pavimentoso) recobertas por capilares sangüíneos, denominadas alvéolos pulmonares. 5

6 Estrutura e Função 6

7 SISTEMA RESPIRATÓRIO Os sistemas respiratório e cardiovascular combinam para prover um sistema de liberação eficiente que transporta oxigênio aos tecidos corporais e remove dióxido de carbono. Esse transporte envolve quatro processos separados: - Ventilação Pulmonar (respiração), que é o movimento do ar para dentro e para fora dos pulmões. - Difusão Pulmonar, que é a troca de oxigênio e dióxido de carbono entre os pulmões e o sangue. - Transporte de O 2 e CO 2 pelo sangue. - Troca gasosa capilar, que é a troca de oxigênio e de dióxido de carbono entre o sangue capilar e os tecidos metabolicamente ativos. VENTILAÇÃO PULMONAR O processo de respiração inicia-se na inspiração do ar pelo nariz (auxilia na umidificação, no aquecimento do ar e na filtragem das partículas contidas no ar) e é conduzido através de tubos (faringe, laringe e traquéia) até os pulmões. Os pulmões estão suspensos a sacos pleurais que apresentam duas paredes (pleura pariental que reveste as paredes torácicas e pleura visceral que reveste a face externa dos pulmões), entre essas paredes existe uma fina película líquida que reduz o atrito durante os movimentos respiratórios. Os sacos pleurais unidos aos pulmões e a superfície da caixa torácica faz com que no processo de expansão e contração, os pulmões tomem a forma da caixa torácica. 7

8 VENTILAÇÃO PULMONAR INSPIRAÇÃO É um processo ativo que envolve o músculo diafragma e os músculos intercostais externos. Durante a inspiração, o diafragma se contrai, se retifica e desce na direção da cavidade abdominal em até 10 cm. O alongamento e aumento do volume da cavidade torácica faz com que a pressão intrapulmonar diminua e possibilite a entrada do ar. Aliado a atuação do diafragma, os músculos escalenos e intercostais externos existentes entre as costelas fazem com que estas rodem e se levantem (alça debalde), afastando-se do eixo do corpo, e com isso aumentando mais ainda o volume da caixa torácica. VENTILAÇÃO PULMONAR 8

9 VENTILAÇÃO PULMONAR EXPIRAÇÃO Em repouso, a expiração normalmente é um processo passivo que envolve o relaxamento dos músculos inspiratórios e a retração elástica do tecido pulmonar. Tais fatos ocorrendo, é gerado um aumento de pressão interpulmonar que por sua vez expulsa uma quantidade de ar até se equalizar com a pressão externa. Durante uma expiração forçada há o recrutamento de outros músculos (grandes dorsais, quadrado lombar e abdominais) que aceleram o retorno das costelas para baixo, e o diafragma para sua posição de origem. VENTILAÇÃO PULMONAR 9

10 6.000 ml ml ml ml 0 ml VENTILAÇÃO PULMONAR Volume Corrente VC = volume inspirado ou expirado por incursão respiratória 600 ml. Capacidade Inspiratória CI = Volume máximo inspirado após uma expiração corrente ml. Capacidade funcional residual CFR = volume nos pulmões após uma expiração corrente ml. Capacidade Vital CV = volume máximo expirado após uma inspiração máxima ml. Volume reserva inspiratório VRI = inspiração máxima no final da inspiração corrente ml. Volume reserva expiratório VRE = Expiração máxima no final da expiração corrente ml. Volume residual VR = volume dos pulmões após uma expiração máxima ml. Capacidade pulmonar total CPT = Volume nos pulmões após uma inspiração máxima ml. 10

11 VENTILAÇÃO PULMONAR VENTILAÇÃO MINUTO A frequência respiratória normal durante a respiração tranquila em repouso em um ambiente termoneutro é, em média, de 12 incursões por minuto, e o volume corrente médio é de 0,5 l de ar por incursão respiratória. Consequentemente, o volume de ar respirado a cada minuto, denominado ventilação minuto (V E ), é igual a 6 l. V E = Frequência Respiratória X Volume Corrente V E = 12 X 0,5 l = 6 l/min DIFUSÃO PULMONAR A troca gasosa nos pulmões, denominada difusão pulmonar, possui duas funções principais: - Repor o suprimento de oxigênio do sangue, o qual é depletado no nível tecidual, onde ele é utilizado para a produção oxidativa de energia. - Remover o dióxido de carbono do sangue venoso que retorna. 11

12 DIFUSÃO PULMONAR A troca gasosa é feita entre os capilares sanguíneos e os alvéolos pulmonares. Essa troca acontece na membrana respiratória (membrana alvéolo-capilar), que possui uma fina parede de apenas 0,5 a 4,0 µm, que resulta em quase 300 milhões de alvéolos muito próximos do sangue que circula nos capilares. Porém essa membrana apresenta uma barreira potencial contra a troca gasosa. DIFUSÃO PULMONAR A membrana respiratória é composta de: - Membrana alveolar - Parede capilar - Membranas basais MEMBRANA RESPIRATÓRIA 12

13 DIFUSÃO PULMONAR Composição do ar ao nível do mar em condição de pressão atmosférica padrão (760mmHg): - 79,04 % de Nitrogênio (N 2 ), PN 2 600,7 mmhg - 20,93 % de Oxigênio (O 2 ), PO 2 159,1 mmhg - 0,03% de Dióxido de Carbono (CO 2 ), PCO 2 0,2mmHg 13

14 DIFUSÃO PULMONAR LEI de DALTON A pressão total de uma mistura gasosa é igual a soma das pressões parciais de cada gás da mistura. LEI de HENRY Os gases dissolvem-se em líquidos proporcionalmente às suas pressões parciais, dependendo também de sua solubilidade em líquidos específicos (propriedade que uma substância possui de se dissolver em outra) e da temperatura. DIFUSÃO PULMONAR A solubilidade de um gás no sangue e a temperatura sanguínea são relativamente constantes. Então o fator de maior importância para a troca gasosa entre os alvéolos e o sangue é o gradiente de pressão entre os gases das duas áreas. O gradiente de pressão é o valor de pressão que permite a troca gasosa dos pontos de maior pressão para os pontos de menor pressão. 14

15 Gás DIFUSÃO PULMONAR Pressões Parciais dos Gases Respiratórios no Nível do Mar % no ar seco Ar seco Pressão Parcial (mmhg) Ar alveolar Sangue Venoso Gradiente de Difusão Total 100,00 760, H 2 O 0,00 0, O 2 20,93 159, CO 2 0,03 0, N 2 79,04 600, DIFUSÃO PULMONAR 15

16 DIFUSÃO PULMONAR A taxa de difusão do oxigênio a partir dos alvéolos para o interior do sangue é denominado capacidade de difusão do oxigênio. Para cada diferença de 1 mmhg entre os alvéolos e o sangue são liberados 23 ml de O 2 por minuto, isto em condição de repouso. Podendo chegar a quase 3 vezes este valor durante o exercício. Quanto maior for o gradiente de pressão através da membrana respiratória, mais rapidamente será a difusão do oxigênio através dela. 16

17 DIFUSÃO PULMONAR Além do gradiente de pressão, existem ainda outros fatores que favorecem a difusão do oxigênio pela membrana. - A espessura da parede da membrana respiratória (algumas doenças pulmonares podem alongar esse trajeto dificultando a passagem de difusão).(fibrose pulmonar, Disease Pulmonar Obstrutive Cronic). - A concentração de hemoglobina (anemia pode afetar a permuta gasosa). - A área superficial disponível para difusão (maior número de capilares ao redor dos alvéolos pulmonares). DIFUSÃO PULMONAR O dióxido de carbono efetua sua troca também por gradiente de pressão. Porém em função da sua solubilidade ser 20 vezes maior do que o O 2, o CO 2 difunde-se através da membrana muito mais rapidamente, independente de possuir um gradiente de pressão muito pequeno, + 5 mmhg. 17

18 Transporte do O 2 e CO 2 pelo Sangue O transporte de oxigênio é realizado pela hemoglobina dos eritrócitos (98%) e pelo plasma sanguíneo (2%). Quando o oxigênio se liga a hemoglobina ela é chamada de oxiemoglobina. A ligação do O 2 à hemoglobina depende da PO 2 do sangue e da força da ligação, ou afinidade entre a hemoglobina e o oxigênio. Transporte do O 2 e CO 2 pelo Sangue O gráfico representa a saturação da hemoglobina em diferentes valores da PO 2. 18

19 Transporte do O 2 e CO 2 pelo Sangue Os fatores que mais interferem na saturação da hemoglobina são: - O ph pulmonar - O ph sanguíneo - A temperatura sanguínea tecidual - A temperatura sanguínea pulmonar CURVA DE DISSOCIAÇÃO DA HEMOGLOBINA COM A ALTERAÇÃO DO PH A alteração do ph sanguíneo determina o grau de afinidade da hemoglobina ao oxigênio. Em áreas de menor ph o oxigênio dissocia-se com maior facilidade (nível tecidual) e em áreas de maior ph existe uma maior afinidade entre a hemoglobina e o oxigênio (pulmões). 19

20 Curva De Dissociação Da Hemoglobina Com a Alteração Da Temperatura % de saturação da hemoglobina o C 20 o C 38 o C 43 o C PO2 (mmhg) A temperatura sanguínea também interfere na dissociação do oxigênio. Quanto maior for a temperatura melhor é a liberação do O 2 no tecido. Já em condições de temperatura mais baixa o O 2 tem maior afinidade pela hemoglobina (pulmões) (adaptado Wilmore & Costill 2001). Transporte do O 2 e CO 2 pelo Sangue O CO 2 também depende do sangue para o seu transporte. Sua condução é realizada por três processos principais: - Dissolvido no plasma (7% a 10%) - Como íons bicarbonato resultantes da dissociação do ácido carbônico (60% a 70%) - Ligado à hemoglobina (20%) 20

21 Transporte do CO 2 pelo Sangue Quando o CO 2 difunde do tecido para o sangue ele reage a água no plasma e nas hemáceas para formar o ácido carbônico (H 2 CO 3 ). Para que essa reação aconteça rapidamente existe uma enzima anidrase carbônica dentro da hemoglobina. Com a mesma velocidade com que o H 2 CO 3 é formado, sofre ionização; em outras palavras, dissociase em um íon hidrogênio (H+) e um íon bicarbonato (HCO 3 ). Portanto com essa reação o CO 2 é carreado no sangue na forma de íons HCO 3, mais precisamente pelo plasma. Transporte do CO 2 pelo Sangue O processo é revertido utilizando a enzima dentro da hemácea para liberar o CO 2 por difusão para dentro dos alvéolos pulmonares. 21

22 TROCA GASOSA NOS MÚSCULOS Diferença arteriovenosa de oxigênio É a diferença entre o sangue arterial rico em oxigênio (20ml de O 2 para cada 100ml de sangue) e o sangue venoso pobre em oxigênio (15 a 16 ml de O 2 para cada 100ml de sangue). Tais valores representam uma condição de repouso. Essa variável é representada da seguinte forma: a-vo 2. Repouso ml de O 2 para cada 100 ml de sangue. Exercício aeróbio intenso 5 ml de O 2 para cada 100ml de sangue. a-vo 2 Repouso 20 ml de O 2 para cada 100ml de sangue.. Exercício aeróbio intenso 20 ml de O 2 para cada 100ml de sangue. a-vo 2 repouso 4-5 ml de O 2 por 100 ml de sangue. a-vo 2 exercício aeróbio intenso 15 ml de O 2 por 100ml de sangue. 22

23 MECÂNICA REGULATÓRIA DA RESPIRAÇÃO Ponte e Bulbo Controle da profundidade e da frequência respiratória (involuntário) Neurônios motores Atuam sobre a musculatura respiratória 23