Fisiologia II Data: 21 de Abril de 2008 (14ª aula) Docente: Prof. Alberto Escalda Desgravado por: Helena Fernandez, Sara Fernandez, Cláudia Gomes Tema: Função respiratória Respiração é a troca de O 2 e CO 2 entre a atmosfera e o corpo celular. Representa o importante transporte de CO 2 e O 2 entre o pulmão, o sangue e os tecidos e vice-versa. Tudo isto tem uma relação com o sistema nervoso, para além da relação ventilação perfusão. Assim, a ventilação e o coração têm de estar a trabalhar no mesmo sentido. A ventilação pulmonar consiste em mobilizar o ar do meio ambiente e do corpo sendo que esta mobilização do ar para fora e para dentro depende de vários factores. Vimos factores da atmosfera, da poluição e pressão atmosférica e vamos ver que existem sempre diferenças de pressão entre o exterior e o interior. Vai haver variações de volumes e pressões. A inspiração é normalmente uma acção activa enquanto a expiração é mais ou menos uma acção passiva. Quando se acaba de inspirar se se quiser inspirar mais força-se uma inspiração mais profunda. Assim tem-se além da inspiração activa normal, uma expiração também activa (ou suplementar expirado, fruto da inspiração forçada). Abordaremos os seguintes aspectos: - Músculos ventilatorios - Caixa torácica - Pulmão - Pleura - Sistema venoso 1
Este slide mostra a caixa torácica que serve de protecção para os órgãos que contém. É de um movimento de expansão das costelas e do esterno, principalmente, que se vai dar a grande variação da pressão, isto é, a pressão do seu interior vai diminuir com a distensão que existe e vai fazer com que o ar possa penetrar. E temos também um diafragma. Normalmente, o diafragma tem duas cúpulas, uma à direita (mais acima) e outra à esquerda. Todos os movimentos de expansão desta caixa vão ser transmitidos ao pulmão. A pleura tem dois folhetos: um parietal que está intimamente aderente à caixa torácica, e outro visceral aderente ao pulmão. Entre elas, existe uma cavidade que contém o liquido pleural que serve mais ou menos como lubrificante de modo a não haver atrito, permitindo assim a expansão da caixa que consequentemente arrasta consigo os pulmões. Estes ficam distendidos diminuindo ainda mais a pressão no interior, promovendo a entrada de ar (insuflação). Assim, a cavidade pleural com os dois folhetos é muito importante, estando intimamente relacionada com os alvéolos, com o diafragma na parte inferior. Existe também um sistema de filtração constante entre capilares e alvéolos para a cavidade pleural formando o tal líquido pleural que está constantemente a ser drenado através dos vasos linfáticos. É um processo de formação e filtração contínuo. Normalmente, uma pessoa apresenta um volume de líquido pleural de cerca de 0,13 ml por quilograma de peso, com variações consoante o tamanho da pessoa e da própria caixa torácica. Apresenta cerca de 1700 glóbulos brancos por ml e tem um teor proteico inferior a 1,5 g/dl de proteínas. É portanto um líquido formado através da filtragem do nosso próprio sangue. Qual é o interesse da cavidade pleural? Quando medimos a pressão da nossa cavidade pleural, esta é inferior à da pressão atmosférica, pelo que alguns autores a consideraram negativa. A pressão não é negativa, é inferior à atmosfera, é de cerca de menos 7 cm de água. Com um tubo em U com líquido no seu interior, introduzimos um trocanter na cavidade pleural e nota-se que a pressão é menor que a da atmosfera. Há uma depressão na cavidade pleural que é 2
importante para manter a expansão pulmonar. Experiências simples realizadas pelo senhor Funke. Ele utilizou uma campânula de vidro, um tubo em U com os dois ramos do líquido nivelado, apresentando uma rolha vedada com um tubo de vidro que se vai dividir em dois ramos nos quais se prende dois balões. Simulando uma caixa torácica, os dois pulmões, a traqueia, os brônquios. Na parte inferior da campânula de vidro coloca-se uma membrana que pode ser distensível, o diafragma. Ao puxar esta membrana para baixo, o ar entra pelo tubo de vidro, vai insuflar os balões e demonstra-se assim a existência de uma depressão em relação a pressão atmosférica. Criando então, uma pressão menor suficiente para insuflar os balões que é o suficiente para haver uma entrada de ar. A menor pressão pleural é de tal maneira importante para a função respiratória que, por exemplo, se um indivíduo é assaltado e leva uma navalhada ao nível do tórax, surge uma superfície de descontinuidade da caixa torácica, uma perfuração. Este buraco permite a entrada de ar, deixando de haver um compromisso pulmonar e depressão pleural em relação a pressão atmosférica. O que acontece aos pulmões do indivíduo? Vai haver falta de ar pois aumentou a pressão pelural e o pulmão retrai de lado empurrando o mediastino e o coração para o lado oposto. O indivíduo vai ter dificuldades respiratórias porque passa a respirar só pelo pulmão que não sofreu lesão. O que fazer nesta situação? Se há um aumento de pressão é preciso diminui-la. Pode-se introduzir através desse mesmo buraco, antes de o fecharmos, um aspirador normal que existe nos serviços de cirurgia. O ar vai ser aspirado e o pulmão que estava colapsado vai distender-se e criar a sua função de depressão pleural. Quando o pulmão chega à sua extensão normal, cose-se aquela superfície de descontinuidade. Fora da caixa torácica o pulmão fica pequeno porque as forças elásticas do pulmão fazem com que ele se retraia. O pulmão tem duas grandes forças que se opõem. Fazendo com que ele funcione: a distensibilidade (pressão inferior a da atmosfera faz com que ele se distenda preenchendo a caixa torácica) e a grande força elástica. Há vários estudos que podem ser feitos à mobilidade torácica. Este é um pneumograma - estudo do perímetro circunferencial da caixa torácica. Se encostarmos a caixa torácica de uma pessoa a uma serpentina que possa 3
estender e encolher, cada vez que uma pessoa inspira diminui o ar da serpentina e vai haver uma depressão na curva de circunferencial (inspira diminui, expira aumenta). Este ciclo normal da respiração dá-nos uma ideia da profundidade do traçado inspiratório ou expiratório, da duração da inspiração em relação à expiração (a expiração é mais demorada que a inspiração) e da frequência respiratória quantidade de ciclos respiratórios por minuto. Esta frequência tem um determinado valor mas varia com o tamanho, as raparigas (mais pequenas) têm uma frequência maior que os rapazes (12-16 por minuto e 14-18 por minuto), um adolescente tem por volta dos 20, um bebé ou uma criança pequena 40 ciclos por minuto, um rato que é ainda mais pequeno tem à volta de 100 ciclos por minuto. A frequência respiratória, a profundidade e a configuração durante um pneumograma pode dar-nos, por exemplo, uma insuficiência pulmonar ou cardíaca (estão muito relacionadas) pois vai-se apresentar um pneumograma mais superficial e com aumento da frequência. Um aumento da frequência respiratória diz-se taquipneia, uma diminuição bradipneia. A paragem diz-se apneia e a dificuldade respiratória dispneia. Há uma respiração típica dos AVC ou dos tumores cerebrais na qual as expirações e inspirações vão subindo, depois decrescem e por fim apneia, é a chamada respiração periódica de Cheyne-Stokes, que significa que há um crescendo e diminuendo intercalado por algumas apneias. Devido a vários factores, há diferenças da frequência respiratória durante o dia. Assim, a frequência aumenta com trabalho muscular, digestão (ligeiramente), necessidades metabólicas, pressão atmosférica (quanto menos, mais aumenta), quantidade de O 2, idade e tamanho (quanto mais novo e pequeno, mais aumenta) e febre (característica de haver uma polipneia aumento da freq. Cardíaca). Diminui com o sono. Fisiologicamente, podemos caracterizar 3 tipos respiratórios normais: costal superior, costal inferior e abdominal. A costal superior pressupõe que se respire mais pela parte superior do tórax, a costal inferior pela parte inferior e a abdominal que se respire mais pela barriga do que pelo torax. Quando se está deitado há a sensação que se respira pela barriga devido a inclinação, para baixo, da grelha costal. O idoso também tem este tipo de respiração devido a problemas de articulações das costelas à coluna vertebral. 4
Há, no entanto, movimentos respiratórios modificados: Voz é necessário mobilizar um pequeno volume de ar moldando-a de forma a dizer aquilo que quero dizer; Grito/Canto resposta mais profunda que mantém uma maior reserva de ar que vai sair através da glote, passando pelas cordas vocais para poder vibrar e portanto para poder projectar a voz em grandes salas e auditórios; Defecação/parto movimentos respiratórios com a glote fechada que procura fazer maior pressão na parte inferior do abdómen. Espirómetros Há determinados volumes e capacidades que se podem medir por espirometria. Uma pessoa em repouso mobiliza um determinado volume de ar (na inspiração e na expiração) - o Volume Corrente (VC). Ao fim de uma inspiração é possível mobilizar ainda uma maior quantidade de ar inspirando profundamente designa-se Volume de Reserva Inspiratório (VRI). É possível depois expirar todo esse ar fazendo o Volume de Reserva Expiratória (VRE). Estes volumes podem ser medidos por espirometria. Temos a Capacidade Inspiratória (CI) que é o Volume Reserva Inspiratória (VRI) mais o Volume Corrente (VC); a Capacidade Vital (CV) que é o Volume de Reserva Inspiratória (VRI) mais o Volume Corrente (VC) e o Volume Reserva Expiratória (VRE). A Capacidade Pulmonar Total (CPT) que está relacionado com o Volume Residual (VR) (o que não se pode medir por espirometria), mais o Volume Corrente (VC) (cerca de meio litro), volume de reserva expiratório e volume de reserva inspiratório. A Capacidade Vital (CV) e de cerca de 4,600 litros e Volume Residual (VR) à volta dos 1,2 litros. 5
Na ventilação pulmonar há mobilização destes volumes, contracção do diafragma e dos músculos intercostais externos, expansão da caixa torácica, redução da pressão intratorácica e o fluxo está a favor da entrada de ar. Na inspiração forçada acontece o mesmo, mas vai haver reforço por outros músculos, os músculos acessórios da inspiração, que são o esternocleidomastoideu (vai fixar e puxar os ombros para cima), os escalenos (elevam as primeiras e segundas costelas) e os pequenos peitorais (elevam a 3ª e 5ª costelas). Na expiração dá-se acima de tudo, o relaxamento dos músculos inspiratórios, retracção da caixa torácica, redução do volume pulmonar, havendo um gradiente favorável para a saída do ar. Na expiração forçada, que é um processo activo, temos os abdominais (músculos expiratórios forçados por excelência) que vão aumentar a pressão abdominal, e os intercostais internos que vão aumentar a pressão ao nível da caixa torácica dando por conseguinte a expiração. Na mecânica ventilatória temos propriedades estáticas e outras dinâmicas das quais há, respectivamente, umas intrínsecas e outras dependentes da actividade. Nas propriedades estáticas do sistema respiratório temos o volume, a pressão e a resistência. Nas capacidades pulmonares - somatório dos volumes - temos a capacidade vital, capacidade inspiratória máxima, capacidade residual funcional e pulmonar total (que é no fundo a soma do volume de reserva expiratório e inspiratório, volume corrente e volume residual). A capacidade vital pode ser medida por espirometria. O volume residual pode ser medido por plestimografia. A capacidade pulmonar total pode se medido através da soma da capacidade residual funcional (VRE+VR) com capacidade vital pulmonar (VRI+VC+VRE). 6
Na espirometria temos um cilindro para registar o volume corrente e os de reserva, que sobe e desce marcando os resultados numa escala. É a espirometria que dá estes valores mais em pormenor, através do espirometro onde há um registo contínuo. A pletismografia é feita num aparelho que determinda variação de volume, variação de pressão e esse aparelho determina esses valores. No plestimógrafo, o indivíduo, numa caixa fechada, tem uma determinada pressão e volume do corpo que é constantemente alterado pelas inspirações e expirações. O doente respira através de um tubo conectado a um espirometro. Durante a inspiração, a pressão alveolar diminui e o volume pulmonar aumenta. Estando o doente numa câmara fechada, o aumento de volume pulmonar vai provocar um subida da pressão no interior do pletismografo. Através de cálculos conseguimos determinar o volume torácico e consequentemente o residual. Também podemos determinar o volume residual de maneira indirecta fazendo com que um indivíduo respire um determinado volume e a concentração de uma determinada substância. A maneira mais simples de medir um volume, seria usar uma amostra com um X de volume e um X de concentração e colocar essa amostra em contacto com a água, mexer até dissolver uniformemente e depois tirar uma amostra dessa água. O volume inicial e a concentração da amostra são conhecidos e a concentração final também. Depois calcula-se o volume existente nessa superfície. Portanto, temos uma concentração e o volume de uma substância e queremos saber o volume residual expiratório ou o volume residual. É necessário fazer a respiração durante algum tempo até a concentração ficar homogeneizada tanto fora como dentro e depois é possível determinar facilmente o volume residual existente dentro do indivíduo. Relativamente a pressões força por unidade de superfície - existem as pressões isoladas e as pressões diferenciadas. Como pressões isoladas referidas sempre à pressão atmosférica, temos a pressão alveolar, pulmonar, pressão pleural, abdominal e a pressão da abertura das vias aéreas 7
(importante porque dá indicadores seguros sobre a doença). Quando existe diferenças de pressão entre o exterior e o interior, ou entre dois ciclos consecutivos da respiração, há pressões diferentes. Então temos as mais usadas que é a pressão diferenciada relativa à retracção elástica do pulmão (P. alveolar - P. pleural), a pressão das vias aéreas (P. boca P. alveolar) e a pressão transpulmonar (retracção elástica do pulmão - a P. vias aéreas). As outras pressões transtorácicas, transdiafragmática e trans-sistema respiratória são menos utilizadas na prática clínica. Tendo em conta que a pressão transpulmonar será a pressão necessária para manter o pulmão insuflado e que o pulmão e a parede torácica são estruturas elásticas, a avaliação destas estruturas é feita através da COMPLIANCE. A COMPLIANCE relaciona a variação de volume com a variação da pressão transpulmonar responsável por essa variação de volume C pulm = V/ P. O inverso disto chama-se elastância Elastância = P/ V - e traduz a pressão da retracção elástica pulmonar (RE) referenciada á capacidade pulmonar total. A compliance e a elastância quando estudadas podem dar indicações seguras em relação a algumas doenças pulmonares. Uma diminuição da compliance e um aumento da resistência inspiratória está relacionada com doenças fibrosantes. O contrário com enfisema. O gráfico mostra que há uma distensibilidade pulmonar durante a inspiração (forças de distensão aplicadas) que é diferente da distensibilidade durante a expiração (forças de distensão retiradas). Esta diferença chama-se histerese. A compliance pulmonar depende da elasticidade dos tecidos, das propriedades tensoactivas dos surfactantes (próxima aula) e do volume pulmonar. Em relação a compliance da parede torácica, esta é uma estrutura elástica em que temos a compliance V/ P, variando o volume em relação a P. 8
Num pneumograma de uma respiração normal, há uma determinada variação do volume durante a inspiração. O pneumograma será a variação da circunferencial do pulmão, que diminui até ao fim da inspiração e aumenta até ao valor inicial durante a expiração (1ª linha do gráfico). A inspiração é maior que a expiração. A diferença entre o interior e o exterior das vias aéreas não é tão grande. A pressão intrapulmonar (2ª linha) vai diminuir, partindo do zero, diminuindo até ao meio da inspiração, iguala a zero no fim da inspiração e, no início da expiração, aumenta ligeiramente ate à parte do fluxo maior para depois diminuir gradualmente ate ao fim da própria expiração. A depressão intrapleural (3ª linha) tem uma configuração completamente diferente. É inferior à atmosférica, vai ter o seu pico máximo antes ainda do fim da inspiração, depois volta aos valores normais podendo ultrapassar no fim a própria expiração. Em relação às resistências das vias aéreas (importantes para o estudo da patologia), temos a resistência das vias aéreas, as resistências elásticas tanto do pulmão como da parede torácica e a inércia em relação às resistências tecidulares. As resistências aéreas e tecidulares são essencialmente dinâmicas, enquanto que as resistências elásticas são predominantemente estáticas. Nas resistência das vias aéreas relacionamos a variação da pressão alveolar e o débito aéreo resultante (pressão alveolar vai ter influência na quantidade de ar que vai entrar ou que poderá vir a sair). As vias aéreas oferecem resistência à passagem de ar, isto é, se houver uma diminuição do calibre ao nível brônquico, ao nível da traqueia, haverá maior resistência à passagem de ar (< calibre de VA, > resistência oferecida). A resistência das vias aéreas pode ser medida por plestimografia. Ao nível do nariz, a resistência é alta (entre 30 a 50%) e aumenta com o aumento dos débitos ventilatórios. Com o exercício será preciso maior quantidade de ar mobilizada e a resistência será maior levando à respiração pela boca. A árvore traqueobrônquica oferece maior resistência nas vias aéreas de calibre mais pequeno (a nível central) enquanto as variações das vias aéreas periféricas 9
apresentam um fluxo mais lento e laminar. As resistências das vias aéreas são importantes para a determinação da Capacidade Residual Funcional e para o Volume Residual pois vão influencia-los grandemente. À medida que o volume pulmonar aumenta, a resistência diminui (gráfico à esq.); à medida que o volume pulmonar aumenta, a condutância das vias aéreas também aumenta (gráfico à direita). A ventilação pulmonar depende de vários factores: da tensão de superfície do surfactante, da compliance pulmonar (elasticidade e tensão das superfícies) e da resistência das vias aéreas. Nas propriedades dinâmicas do pulmão temos os débitos ventilatórios (volume de ar, se for cardíaco é volume de sangue) e a compliance dinâmica. A sua avaliação pode ser sempre feita por espirometria. O débito ventilatório - ar mobilizado por unidade de tempo - pode ser considerado o produto do volume inspiratório ou expiratório na frequência por minuto. Normalmente respiramos 6 a 8 litros e em períodos de esforço físico respiramos entre 100 a 150 litros por minuto. O volume expiratório máximo por segundo ou o Volume Expiratório Forçado no primeiro segundo é importante para a patologia respiratória. A expiração máxima pode ser medida no primeiro segundo - volume expiratório forçado no primeiro segundo. Este volume tem de ser 75% maior ou igual que a capacidade vital para ser um valor normal. Esta relação entre Volume Expiratório Forçado e Capacidade Vital toma o nome de índice de tiffnot (gráfico A normal, relação entre VEF e CV é de 80%). Se não for normal o indivíduo tem problemas obstrutivos graves. A compressão dinâmica das vias aéreas limita tanto o débito expiratório como a capacidade vital. O indivíduo obstrutivo (gráfico B) tem mais dificuldade em expulsar o ar logo o volume de ar expirado no primeiro segundo é mais pequeno em relação ao volume da capacidade vital, dando origem a uma diminuição do índice de tiffnot. Quando o problema é restritivo (gráfico C e d curva semelhante mas de menor amplitude) o indivíduo até pode ter ainda um índice maior que o 10
índice de tiffnot pois pode meter um determinado volume vital e pode expirar um determinado volume expiratório máximo por segundo que, em relação á capacidade vital, pode até ser maior que o normal. Quando existe obstrução mais grave (gráfico c) a dificuldade é toda ela maior, inspiratória e expiratória. Quando a obstrução é a nível alto (gráfico e), isto é, já ao nível da glote, fossas nasais e parte alta da traqueia o indivíduo tem a mesma disponibilidade inspiratória mas é sempre mais arrastada, não tem a configuração de aumentar grandemente esse volume. Quando expira é ainda mais arrastado porque a obstrução é bastante alta até chegar á parte final da expiração (Legenda: a normal; b obstrução; c obstrução grave; d restrição; e obstrução alta) Estes problemas respiratórios de débitos são importantes para a patologia clínica e vão determinar o estudo no processo pulmonar. 11