Fisiologia do Sistema Respiratório Nataniel Gonçalves Rosa 29 de Outubro de 2014 Engenharia Biomédica Funções do sistema respiratório Troca de gases Regulação de ph Vocalização Síntese Protecção 2 1
Anatomia Faringe Cordas vocais Esófago Traqueia Cavidade nasal Língua Laringe Porção superior do sistema respiratório Porção inferior do sistema respiratório Bronquíolos Pulmão direito Brônquio direito Diafragma Pulmão esquerdo Brônquio esquerdo 3 Trato respiratório superior 4 2
Trato respiratório superior Corte sagital Corte coronal 5 Funções do epitélio respiratório Cílios Células caliciformes Saladin 6 3
Transporte mucociliar Membrana celular Muco Cílios http://leavingbio.net/ 7 Reflexo do espirro 1. Inspiração rápida de ar (até 2,5L) 2. Encerramento da epiglote e cordas vocais (aprisionar o ar nos pulmões) 3. Contracção músculos abdominais, intercostais internos e diafragma (+ 100mmHg da P O que é o espirro? intrapulmonar ) 4. Abertura rápida da epiglote e cordas vocais 8 4
Reflexo do espirro Glossofaríngeo, vago, acessório 9 Anatomia Faringe Cordas vocais Esófago Traqueia Cavidade nasal Língua Laringe Porção superior do sistema respiratório Porção inferior do sistema respiratório Bronquíolos Pulmão direito Brônquio direito Diafragma Pulmão esquerdo Brônquio esquerdo 10 5
Laringe e cordas vocais - fonação Durante a respiraçao Durante a fala 11 Vias aéreas inferiores Incisura cardíaca Pulmão direito Pulmão esquerdo 12 6
Vias aéreas inferiores Laringe Traqueia Anel cartilagíneo Brônquio primário esquerdo Brônquios secundários Bronquíolo Alvéolos 13 Árvore brônquica http://medicalpicturesinfo.com/bronchial-tree/ 14 7
Reflexo da tosse Núcleo paratrigeminal Núcleo do tracto solitário Núcleos retroambíguo e ambíguo 15 http://www.jornaldepneumologia.com.br/pdf Bronquíolos e alvéolos Ducto alveolar Alvéolos Broquíolos respiratórios Broquíolo terminal Ducto alveolar Saco alveolar Broquíolo respiratório Ducto alveolar Alvéolos Saco alveolar Átrio 16 8
Alvéolos pulmonares Weibel ER. (2013). A retrospective of lung morphometry: from 1963 to present. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2013 Sep 15;305(6):L405-8. 17 Vascularização alveolar Ducto alveolar Bronquíolo Arteríola pulmonar Saco alveolar Capilares Alvéolos vénula pulmonar Saída de CO 2 a partir do sangue Alvéolo Entrada de O 2 para o sangue http://info.visiblebody.com/bid/304038/anatomy-and-physiology-gas-exchange 18 9
Inervação e vascularização linfática Artéria pulmonar Brônquio Artéria brônquica Nervos vasomotores Vasos linfáticos TB bronquíolos terminais RB bronquíolos respiratórios A alveolos AD ductos alveolares Nervo broncomotor Veia pulmonar Vasos linfáticos Nervos vasomotores Berne and Levy, 6ª ed 19 Compartimentalização 20 10
VENTILAÇÃO 21 Ventilação pulmonar Renovação do ar contido nos pulmões de modo espontâneo e por acção dos músculos respiratórios. Ventilação pulmonar = Inspiração (entrada do ar) + Expiração (saída do ar) 22 11
Funções dos músculos respiratórios 23 Ventilação pulmonar Ganong 24 12
Ciclo respiratório Espaço P atm =760 mmhg P pleural intrapulm =760-3mmHg P intrapleural =760-6mmHg Entrada de ar INSPIRAÇÃO P atm =760 mmhg P intrapulm =760mmHg P intrapleural =760-4mmHg (b) Diafragma contrai-se, volume torácico aumenta Espaço pleural (Lateral, vertical, anterior//) Diafragma (a) Em REPOUSO, diafragma relaxado EXPIRAÇÃO P atm =760 mmhg P intrapulm =760+3mmHg P intrapleural =760-4mmHg Saída de ar (c) Diafragma relaxa, volume torácico diminui 25 Espirometria Prova de Função Pulmonar ou Prova Ventilatória regista a velocidade e a volume de ar que um indivíduo é capaz de inspirar e expirar Bocal Tambor flutuante Ar Tambor de registo Água 26 13
Espirometria Espaço morto ~3000mL ~4600mL Volume corrente (tidal)~500ml ~1100mL ~1200mL Ganong 27 Volume pulmonar vs condições patológicas complacência Confluência alveolar Normal Fibrose complacência Liquido e cel sanguíneas nos alvéolos Pneumonia Paredes alveolares espesssadas por edema Pressão Transpulmonar (cmh 2 O) =P alveolar - P pleural (força que mantém o parênquima expandido) Ppl > 0 logo Pa > Ppl = tendência à expansão pulmonar. Ptp < 0 logo Pa > Ppl = tendência à contração pulmonar 28 14
TROCAS GASOSAS 29 Composição do ar atmosférico Oxigénio (O 2 ) 20% Azoto (N 2 ) 78% Árgon 0.9% Outros gases 0.17% Dióxido de carbono (CO2) 0,03% Pressão atmosférica = 760 mmhg 30 15
Lei de Boyle(-Mariotte) Mantendo a temperatura constante, a Pressão e o Volume de um gás num sistema estão inversamente relacionados P 1 V 1 = P 2 V 2 O que acontece ao volume se aumentarmos a pressão exercida? V1 = 1,0L P1 = 100 mmhg V2 = 0,5L P2 = 200 mmhg 31 Lei de Dalton Cada gás numa mistura de gases exerce uma pressão independente dos outros gases presentes ou A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma das pressões dos gases individuais. + =? 32 16
Lei de Charles Assumindo uma pressão constante, o volume de uma certa quantidade de gás é directamente proporcional à sua temperatura absoluta. V T O que acontece elevando a temperatura a 250ºC? 33 Lei de Henry Assumindo uma temperatura constante, no interface água-ar, a quantidade de gás que se dissolve na água é determinada pela sua solubilidade na água e a sua pressão parcial no ar Solubilidade de um gás é afectada por: coeficiente de solubilidade do gás; gradiente de pressão; temperatura. 34 17
Lei de Henry Ar Ar Oxigénio Tempo Estado inicial Ar Estado de equilíbrio Ar Dióxido de carbono Tempo Estado inicial Estado de equilíbrio 20x a qnt de O 2! 35 Pressões parciais dos gases Respiração externa Ar inspirado O 2 = 158,0 CO 2 = 0,3 H 2 O = 5,7 N 2 = 596,0 Espaço morto Alvéolos Hemicárdio direito Ar expirado O 2 = 116,0 CO 2 = 32,0 H 2 O = 47,0 N 2 = 565,0 Derivação fisiológica Hemicárdio esquerdo O 2 = 40,0 CO 2 = 46,0 H 2 O = 47,0 N 2 = 573,0 Veias Capilares Artérias O 2 = 95,0 CO 2 = 40,0 H 2 O = 47,0 N 2 = 573,0 Respiração interna O 2 = 40,0 CO 2 = 46,0 H 2 O = 47,0 N 2 = 573,0 Tecidos Ganong 36 18
Pressão Parcial (mmhg) 29/10/2014 Pressões parciais dos gases Ar Pulmões Sangue Tecidos Kinney JM: Transport of carbon dioxide in blood. Anesthesiology 1960;21:615. (Ganong) 37 Perfusão - ventilação PO2 nos vasos sanguíneos fluxo ar fluxo ar PO2 nos vasos sanguíneos Vasoconstrição vasos pulmonares Resposta a ventilação fluxo sangue Resposta a ventilação fluxo sangue Vasodilatação dos vasos pulmonares Perfusão ajustada a alterações na ventilação PCO 2 alveolar Constrição dos bronquíolos Resposta a perfusão fluxo ar fluxo sangue Ventilação ajustada a alterações na perfusão fluxo sangue Resposta a perfusão fluxo ar PCO 2 alveolar Dilatação dos bronquíolos 38 19
Membrana respiratória http://info.visiblebody.com/bid/304038/anatomy-and-physiology-gas-exchange 39 Membrana respiratória Ar alveolar Ar alveolar 40 20
Membrana respiratória Surfactante Epitélio alveolar Membranas basais fundidas Ar no espaço alveolar Núcleo da célula endotelial Eritrócito Lúmen capilar 41 Surfactante e tensão superficial Espaço aéreo Ácidos gordos Colina Glicerol Aminoácidos Outros Funções: tensão superficial complacência pulmonar esforço respiratório; Evitar atelectasia (colapso do parênquima pulmonar) no fim da expiração; Facilitar o recrutamento do parênquima colapsado. Wright JR: Metabolism and turnover of lung surfactant. Am Rev Respir Dis, 1987;136:426.); Ganong 42 21
Surfactante e tensão superficial Sem surfactante Com surfactante Berne & Levy r = 1 T = 2 P = (2x2)/1 = 4 r = 2 T = 2 P = (2x2)/2 = 2 O surfactante reduz a tensão superficial. A pressão é equalizada nas esferas maior e mais pequena. Lei de LaPlace: P=2T/r P=pressão T= tensão superficial r = raio se duas esferas apresentam a mesma tensão superficial, a mais pequena apresenta a maior pressão 43 Surfactante e tensão superficial Fim da expiração (Tensão superficial diminuída) Fim da inspiração (Tensão superficial aumentada) 44 22
Síndrome de dificuldade respiratória do recém-nascido Traqueia Alvéolos normais Pulmão Alvéolos colapsados Alvéolos normais Alvéolos colapsados 45 Hipóxia = Baixa concentração de oxigénio nos tecidos orgânicos Hipóxica ( PO 2 arterial) Anémica ( O 2 ligado à hemoglobina) Isquémica ( fluxo sangue) Histotóxica ( utilização celular do O 2 ) 46 23
Hipóxia hipóxica: efeito da altitude 47 Hipóxia hipóxica Por dificuldade nas trocas gasosas com os capilares alveolares normal 48 24
TRANSPORTE DOS GASES 49 Transporte dos gases Cadeia α Grupo Heme Cadeia β Anel de porfirina 50 25
Troca de gases através da membrana respiratória Legenda: Hb - Hemoglobina HbCO 2 - Carbohemoglobina HbO 2 - Oxihemoglobina HHb - Desoxihemoglobina CAH - Anidrase carbónica 51 Transporte do O 2 Qual é a importância da hemoglobina? 52 26
Percentagem de saturação de O2 da hemoglobina (%) 29/10/2014 Hemoglobina (a) O 2 transportado no sangue sem hemoglobina. PO 2 alveolar = PO 2 arterial (b) O 2 transportado a PO 2 normal no sangue com hemoglobina. (c) O 2 transportado a PO 2 diminuída no sangue com hemoglobina. 53 Curva de dissociação de Oxigénio-Hemoglobina Sangue completamente oxigenado 22% Tecidos sistémicos Sangue desoxigenado (exercício) 54 27
Curvas de dissociação de Oxigénio-Hemoglobina Efeito do ph (efeito de Bohr) Efeito da temperatura normal normal 55 Curvas de dissociação de Oxigénio-Hemoglobina Efeito da P CO 2 Efeito do 2,3-Difosfoglicerato Hipóxia produção 2,3 DPG/lig à HHb enfraquece a ligação O2-Hb liberta O2 a menor pressão 56 28
Hemoglobina fetal e mioglobina HbF = Hemoglobina fetal HbA = Hemoglobina adulto Mb = Mioglobina 57 Transporte de CO 2 58 29
Hipóxia anémica Hipóxica ( PO 2 arterial) Anémica ( O 2 ligado à hemoglobina) CAUSAS: Hemorragia Hemoglobina ligação à Hemoglobina Monóxido de carbono Isquémica ( fluxo sangue) Histotóxica ( utilização celular do O 2 ) Anemia = síndrome na qual a capacidade do sangue para transportar oxigénio para os tecidos está reduzida, seja pela diminuição dos eritrócitos seja pela diminuição da hemoglobina 59 Hipóxia isquémica Hipóxica ( PO 2 arterial) Anémica ( O 2 ligado à hemoglobina) Isquémica ( fluxo sangue) Histotóxica ( utilização celular do O 2 ) Causas: Trombose AVC, enfarte Insuciência cardíaca 60 30
Troca dos gases nos tecidos Legenda: Hb - Hemoglobina HbCO 2 - Carbohemoglobina HbO 2 - Oxihemoglobina HHb - Desoxihemoglobina CAH - Anidrase carbónica 61 Hipóxia histotóxica Hipóxica ( PO 2 arterial) Anémica ( O 2 ligado à hemoglobina) CAUSAS: Cianeto Álcool Etc Isquémica ( fluxo sangue) Histotóxica ( utilização celular do O 2 ) 62 31
CONTROLO RESPIRATÓRIO 63 Centros de controlo respiratório Quimiorreceptores centrais Ponte Centro respiratório pontino Centro pneumotáxico (determ. V inspiração) Centro apneustico (estim. DRG) NTS: mov. Inspiratórios Grupo respiratório dorsal (DRG) Grupo respiratório ventral (VRG) Ramb, Amb, Complexo Pre-Bötzinger: Ritmo; expiração forçada Quimiorreceptores periféricos Centros integradores espinhais Aorta Coração 64 32
Quimiorreceptores centrais Sangue venoso 65 Quimiorreceptores periféricos Fibra sensorial do nervo glossofaríngeo (IX) Fibras sensoriais do nervo vago (X) Artéria carótida comum Corpos carotídeos Quimiorreceptores periféricos Corpos aórticos Aorta Coração Saladin 66 33
Quimiorreceptores periféricos Nervos parassimpáticos (IX) e célula ganglionar Célula do corpo carotídeo (célula quimiorreceptora: O 2, CO 2 e ph) Nervo simpático (do gânglio cervical superior) Artéria carótida interna Artéria carótida externa e ramos vasculares Artéria carótida comum Tamanho real do corpo carotídeo (3x6mm) 67 Controlo da ventilação Distensão Mecano receptores Impulsos nervosos Impulsos nervosos Ventilação Barreira capilar alveolar Berne & Levy Perfusão Sangue Difusão 68 34
Patologias respiratórias associadas ao tabaco 30% das mortes por cancro; 97% do cancro da laringe; 90% das mortes por cancro do pulmão; 85% das mortes por bronquite e enfisema; 50% dos casos de cancro de pele; 25% das mortes por doença cardíaca; 25% das mortes por AVC;... 100 000 000 mortos durante o século XX 5 400 000 mortos durante o ano de 2004 69 Patologias respiratórias associadas ao tabaco Tumores Pulmão de indivíduo saudável (superfície mediastinica) Pulmão de indivíduo fumador com carcinoma 70 35
Referências bibliográficas Barrett et al, 2010. Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd Edition, Lange, McGraw-Hill Guyton & Hall, 2006. Textbook of medical physiology, Elsevier Saunders Koeppen & Stanton, 2010. Berne & Levy Physiology, 6th Ed. Mosby Elsevier Saladin, 2012. Anatomy & Physiology: The Unity of Form and Function, 6 th Ed., Georgia College and State University Seeley, 2011. Anatomia e Fisiologia, 8ª Ed., Editora Lusodidacta Tresguerres, 2010. Fisiologia Humana, 4ª Ed., Mcgraw-hill 71. FIM OBRIGADO pela Atenção! 72 36