Estudo Morfofuncional do Sistema Respiratório Unidade II Material de Apoio 1 Generalidades Quase todas as células utilizam continuamente o O 2 para as reações metabólicas: Que liberam energia a partir das moléculas dos nutrientes e produzem ATP. Essas mesmas reações liberam CO 2. Uma vez que uma quantidade excessiva de CO 2 produz acidez que pode ser tóxica às células: Esse excesso de CO 2 deve ser eliminado rápida e eficientemente. O Sistema Respiratório constitui-se de: Nariz; Faringe (garganta); Laringe (caixa de voz); Traqueia; Brônquios e pulmões. Funções do Sistema Respiratório Garante as trocas gasosas, captação de O 2 e a eliminação de CO 2. Ajuda a regular o ph sanguíneo; Contém receptores para o sentido do olfato; Filtra, aquece e umedece o ar inspirado; Produz sons; Livra o organismo de um pouco de água e calor no ar expirado. Todo o processo de troca de gases no corpo, denominado respiração, ocorre em três etapas básicas: 1. Ventilação Pulmonar, ou respiração: É o fluxo de ar para dentro e para fora dos pulmões. 2. Respiração Externa: É a troca de gases entre os espaços aéreos (alvéolos dos pulmões) e o sangue, nos vasos capilares. Nesse processo, o sangue capilar pulmonar recebe O 2 e libera CO 2. 3. Respiração Interna: Troca de gases entre o sangue nos vasos capilares sistêmicos e as células dos tecidos. O sangue fornece O 2 e recebe C O 2. Respiração Celular: Reações metabólicas que ocorrem no interior das células que consomem O 2 e desprendem CO 2 durante a produção de ATP. Órgãos do Sistema Respiratório Estruturalmente o sistema respiratório consiste em duas partes: Sistema Respiratório Superior: Nariz, faringe e as estruturas associadas. Sistema Respiratório Inferior: Laringe, traqueia, brônquios e pulmões. Pode ser dividido também com base em sua função:
2 Porção condutora: Consiste em uma série de cavidades e tubos interconectados: Nariz, faringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos e bronquíolos terminais. Porção Respiratória: Tecidos intrapulmonares em que ocorre a troca de gases: Bronquíolos respiratórios, dúctulos alveolares, sáculos alveolares e alvéolos dos pulmões. Nariz Tem uma porção externa visível e uma porção interna dentro do crânio; A porção externa consiste em osso e cartilagem cobertos com pele; Revestidos com túnica mucosa internamente, e contém duas aberturas denominadas narinas. A porção interna do nariz comunica-se com a faringe por meio de duas aberturas denominadas cóanos. As estruturas internas do nariz são especializadas para três funções básicas: Filtrar, aquecer e umedecer o ar que entra: Detectar estímulos olfatórios (odores); e Modificar as vibrações dos sons da fala. Quando o ar entra pelas narinas, passa por pelos grossos que capturam as partículas grandes de poeira. Faringe (garganta) Tubo afunilado que começa nos cóanos e estende-se para baixo no pescoço. Situa-se logo atrás das cavidades nasal e oral e logo em frente às vértebras cervicais. Funciona como uma passagem para o ar e o alimento. Aloja as tonsilas que participam das respostas imunes aos invasores estranhos. Divide-se didaticamente em partes nasal (nasofaringe), oral (orofaringe) e laríngea (laringofaringe). Laringe Tubo curto de cartilagem, revestido por uma túnica mucosa: Conecta a faringe com a traqueia. Situa-se na linha mediana do pescoço, anterior a C4, C5 e C6. Possui as cartilagens tireóidea, epiglote, cricóidea e aritenóideas e corniculadas. Traqueia Órgão tubular condutor de ar, localizado anteriormente ao esôfago. Estende-se da laringe à parte superior de T5, onde se divide em brônquios principais direito e esquerdo. A camada de cartilagem traqueal consiste em 16 a 20 aneis em forma de C de cartilagem hialina, empilhados um sobre o outro. Fornecem uma sustentação rígida, para que a parede traqueal não colapse para dentro, obstruindo a via aérea. Brônquios e Bronquíolos A traqueia divide-se em um brônquio principal direito (bronchos = tubo de vento): Vai para o pulmão direito. Brônquio principal esquerdo: Vai para o pulmão esquerdo. Como a traqueia, os brônquios principais contêm anéis incompletos de cartilagem.
3 Ao penetrar nos pulmões dividem-se para formar os brônquios lobares: Um para cada lobo do pulmão: O pulmão direito tem três lobos, o pulmão esquerdo, dois lobos. Os brônquios lobares continuam a se ramificar, formando brônquios ainda menores denominados brônquios segmentares. Dividem-se muitas vezes, originando bronquíolos respiratórios. Os bronquíolos respiratórios ramificam-se em tubos ainda menores, chamados bronquíolos terminais: Na medida em que começam a apresentar alvéolos, passam a chamar-se bronquíolos respiratórios. Terminando em um amontoado de alvéolos chamados sáculos alveolares. Devido à sua semelhança a uma árvore invertida com muitos ramos, a disposição das vias aéreas é conhecida como árvore bronquial. À medida que a ramificação se torna mais extensa na árvore bronquial: Ocorrem alterações estruturais. Primeira, os aneis incompletos dos brônquios principais são gradualmente substituídos: Por placas de cartilagem que desaparecem nos bronquíolos. Segunda, à medida que a quantidade de cartilagem diminui, a quantidade de músculo liso aumenta. O músculo liso circunda o lúmen em feixes espirais. Pulmões (= peso leve, porque os pulmões flutuam) São dois órgãos esponjosos, em forma de cone; Situados na cavidade torácica. São separados um do outro pelo coração. A pleura é uma túnica serosa de dupla camada: Envolve e protege cada pulmão: A camada externa é denominada pleura parietal. A camada interna, a pleura visceral, é aderida aos pulmões. Entre as pleuras visceral e parietal há um pequeno espaço, a cavidade pleural: Que contém um líquido lubrificante secretado pela pleura. Esse líquido reduz o atrito entre as camadas, permitindo-lhes tocar-se a facilmente durante a respiração. Os pulmões estendem-se do diafragma até pouco acima das clavículas e estão justapostos às costelas. A porção inferior larga de cada pulmão é a base do pulmão. A porção superior estreita é o ápice do pulmão. O pulmão esquerdo é aproximadamente 10% menor do que o direito: Devido ao espaço ocupado pelo coração. Sulcos profundos chamados fissuras dividem cada pulmão em lobos. A fissura oblíqua divide o pulmão esquerdo em lobos superior e inferior. As fissuras oblíqua e horizontal dividem o pulmão direito em lobos superior, médio e inferior. Cada lobo dos pulmões é dividido em segmentos menores, segmentos broncopulmonares. Lóbulo Bronquíolo terminais Bronquíolos respiratórios dúctulos alveolares
Ramificação da Árvore Brônquica Traquéia Brônquio principal (primário) Brônquio lobar (secundário) Brônquio segmentar (terciário) Bronquíolos terminais Bronquíolos respiratórios 4 Órgãos do Sistema Respiratório Alvéolos É uma projeção em forma de cálice de um sáculo alveolar. Muitos alvéolos e sáculos circundam cada dúctulo alveolar. As paredes dos alvéolos consistem principalmente em delgadas células alveolares: São os principais locais de troca gasosa. Espalhadas entre as células alveolares encontram-se as células secretoras de surfactante: Secretam o fluido alveolar: Mantém úmidos o ar e a superfície intercelular. Contém o surfactante: Uma mistura de fosfolipídeos e lipoproteínas que reduz a tendência dos alvéolos para colapsarem. Troca de O 2 e CO 2 entre os espaços aéreos nos pulmões e o sangue: Ocorre por difusão através das paredes alveolar e capilar Formam em conjunto a membrana alveolocapilar (respiratória). Os pulmões contêm em torno de 300 milhões de alvéolos: Fornecem uma superfície imensa para a troca de O 2 e CO 2. Ventilação O fluxo de ar entre a atmosfera e os pulmões, ocorre devido a diferenças na pressão do ar. A inspiração ocorre quando a pressão dentro dos pulmões é menor do que a pressão do ar atmosférico. A expiração ocorre quando a pressão dentro dos pulmões é maior do que a pressão do ar atmosférico. A contração e o relaxamento dos músculos esqueléticos criam as mudanças de pressão do ar: Possibilitam a respiração. Músculos da Inspiração e da Expiração A aspiração do ar é denominada inspiração ou inalação. Os músculos da inspiração calma são: O diafragma, o músculo esquelético em forma de cúpula: Forma o soalho da cavidade torácica. Os músculos intercostais externos: Estendem-se entre as costelas. O diafragma se contrai quando recebe impulsos nervosos dos nervos frênicos. Contração dos músculos intercostais: Tracionam as costelas para cima e para fora Os pulmões a eles contíguos os seguem, aumentando assim o volume pulmonar.
A contração do diafragma é responsável por cerca de 75% do ar que entra nos pulmões: Durante a respiração calma. Durante as inspirações profundas e forçadas Os músculos esternocleidomastóideos elevam o esterno. Os músculos escalenos elevam as duas costelas superiores; Os músculos peitorais menores elevam das terceiras às quintas costelas. Quando as costelas e o esterno são elevados, o tamanho dos pulmões aumenta. 5 Volumes e Capacidades Pulmonares Em repouso, um adulto saudável respira cerca de 12 vezes por minuto: Cada inspiração e expiração movimentam aproximadamente 500 ml de ar para dentro e para fora dos pulmões. O volume de uma respiração é denominado volume de ar corrente. A ventilação-minuto (VM) o volume de ar inspirado e expirado por minuto: É igual à frequência respiratória multiplicada pelo volume de ar corrente: VM = FR X VC O VC varia consideravelmente de uma pessoa para outra: E na mesma pessoa em diferentes momentos. O aparelho usado geralmente para medir a FR e o VC é o espirômetro. O registro produzido pelo espirômetro é denominado espirograma. A inspiração é registrada como uma deflexão para cima; A expiração é registrada como uma deflexão para baixo. Troca de Oxigênio e Dióxido de Carbono O ar é uma mistura de gases, cada um dos quais contribui para a pressão total do ar: Nitrogênio (N 2 ), oxigênio (O 2 ), vapor de água (H 2 O), dióxido de carbono (CO 2 ) e outros. A pressão de um gás específico em uma mistura é denominada sua pressão parcial: É designada como P X onde o índice X designa a fórmula química do gás. A pressão total do ar, a pressão atmosférica, é a soma de todas as pressões parciais: Pressão atmosférica (760 mmhg) = P N2 (597,4 mmhg) + P O2 (158,8 mmhg) + P H2O (3,0 mmhg) + P CO2 (0,3 mmhg) + P outros gases (0,5 mmhg). As pressões parciais são importantes: Porque cada gás se difunde de áreas onde sua pressão parcial é mais alta para áreas onde sua pressão parcial é mais baixa no corpo. Respiração externa Também denominada troca gasosa pulmonar: É a difusão do O 2 do ar, nos alvéolos dos pulmões, para o sangue, nos vasos capilares pulmonares; e A difusão do CO 2 na direção oposta. Nos pulmões: Converte o sangue venoso (desoxigenado) que vem VD em sangue arterial (oxigenado) que retorna ao AE. À medida que o sangue flui através dos vasos capilares pulmonares: Capta O 2 do ar alveolar e descarrega CO 2 no ar alveolar.
6 Respiração Interna Troca Gasosa Sistêmica O VE bombeia o sangue oxigenado para a aorta: E através das artérias sistêmicas, para os vasos capilares sistêmicos. A troca de O 2 e CO 2 entre os vasos capilares sistêmicos e as células teciduais : É denominada respiração interna (tecidual) ou troca gasosa sistêmica. O sangue oxigenado é convertido em sangue desoxigenado à medida que o O 2 deixa a corrente sanguínea. A respiração interna ocorre nos tecidos do corpo. Transporte dos Gases Respiratórios O sangue transporta os gases respiratórios entre os pulmões e os tecidos do corpo. Quando o O 2 e o CO 2 penetram no sangue: Ocorrem certas alterações físicas e químicas que auxiliam o transporte e a troca de gases. Transporte de Oxigênio O O 2 não se dissolve facilmente na água: Portanto somente cerca de 1,5% do O 2 transportado pelo sangue são dissolvidos no plasma sanguíneo; Cerca de 98,5% do O 2 sanguíneo estão ligados à hemoglobina nos glóbulos vermelhos (hemácias ou eritrócitos). Transporte do Dióxido de Carbono O CO 2 é transportado pelo sangue em três formas principais: Dissolvido: A menor porcentagem cerca de 9% - está dissolvida no plasma sanguíneo. Chegando aos pulmões, o CO 2 se difunde para o ar alveolar e é expirado. Ligado a aminoácidos Uma porcentagem um pouco maior, ao redor de 13%, combina-se com os grupos amino dos aminoácidos e das proteínas do sangue. A maior parte do CO 2 transportado dessa maneira está ligada à hemoglobina: Uma vez que a proteína mais prevalente no sangue é a hemoglobina (contida nas hemácias) Nessa condição é chamada de carbaminoemoglobina (Hb-CO 2 ). Íons Bicarbonato A maior porcentagem de CO 2 (78%) é transportada pelo plasma sanguíneo: Como íons bicarbonato (HCO 3 - ) À medida que o CO 2 se difunde para os vasos capilares e penetra nas hemácias: Combina-se com a água para formar ácido carbônico (H 2 CO 3 ). A enzima contida nas hemácias que catalisa essa reação é a anidrase carbônica (AC). O ácido carbônico se decompõe em íons hidrogênio (H + ) e HCO 3 -. À medida que o sangue capta o CO 2, os íons HCO 3 - acumulam-se no interior das hemácias, Alguns desses íons difundem-se das hemácias para o plasma: Abaixando o seu gradiente de concentração: Em troca, alguns íons cloreto (Cl - ) se movem do plasma para as hemácias.
7 Essa troca de íons negativos, que mantém o equilíbrio eletrolítico entre o plasma sanguíneo e o citosol da hemácia: Conhecida como desvio de cloreto. Em consequência a essas reações químicas: O CO 2 é removido das células teciduais e transportado pelo plasma sanguíneo como íons HCO - 3. Quando o sangue passa através dos vasos capilares pulmonares, todas essas reações se invertem. Regulação da Respiração Em repouso, cerca de 200 ml de O 2 são usados, a cada minuto, pelas células do corpo. Durante o exercício vigoroso, entretanto, o uso de O 2 aumenta de 15 a 20 vezes, em adultos saudáveis. Trinta vezes na elite de atletas de treinamento de resistência. Vários mecanismos ajudam a combinar o esforço respiratório à demanda metabólica. Centro Respiratório O ritmo básico da respiração é controlado por grupos de neurônios localizados no tronco encefálico. A área da qual os impulsos nervosos são enviados aos músculos respiratórios é denominada centro respiratório. Consiste em grupos de neurônios situados no bulbo e na ponte. A área bulbar de ritmicidade (ou centro respiratório bulbar de ritmicidade), no bulbo, controla o ritmo básico da respiração. No interior dessa área encontram-se as áreas inspiratória e expiratória. Durante a respiração calma, a inspiração dura aproximadamente 2 segundos, e a expiração, cerca de 3 segundos. Os impulsos nervosos gerados na área inspiratória estabelecem o ritmo básico da respiração. Regulação do Centro Respiratório Embora o ritmo básico da respiração seja determinado e coordenado pela área inspiratória, Esse ritmo pode ser modificado: Em resposta a estímulos de outras regiões encefálicas; De receptores do sistema nervoso periférico De outros fatores. Influências Corticais na Respiração Uma vez que o córtex cerebral tem conexões com o centro respiratório: Pode-se alterar voluntariamente o padrão de respiração. Pode-se até parar a respiração por um curto período de tempo. O controle voluntário é protetor: Permite impedir que a água e os gases irritantes penetrem nos pulmões. A capacidade de não respirar é limitada pelo acúmulo de CO 2 e H + nos fluidos corporais. Quando a P CO2 e a concentração de íons H + atingem certo nível: A área inspiratória é fortemente estimulada e a respiração é restabelecida: Quer a pessoa deseje ou não.
Regulação Quimiorreceptora da Respiração Certos estímulos químicos determinam a rapidez e a profundidade de nossa respiração. O sistema respiratório funciona para manter os níveis apropriados de CO 2 e O 2 : E é altamente responsivo a alterações nos níveis de ambos nos fluidos corporais. Os neurônios sensitivos responsáveis aos estímulos químicos são denominados quimiorreceptores. Os quimiorreceptores centrais, localizados no bulbo: Respondem às alterações no nível de H + ou na P CO2, ou em ambos, no líquido cerebrospinal. Os quimiorreceptores periféricos: Localizados no interior do arco da aorta e nas artérias carótidas comuns; São especialmente sensíveis às alterações em PO 2, H + e P CO2 no sangue. 8 Outras Influências na Respiração Estimulação do Sistema Límbico A antecipação da atividade ou a ansiedade podem estimular o sistema límbico: Enviando impulsos excitatórios para a área inspiratória: Aumenta a frequência e a profundidade da ventilação. Irritação das Vias Aéreas Física ou química da faringe ou da laringe produz uma cessação imediata da respiração, seguida de tosse ou espirros. Estimulação Proprioceptiva da Respiração Logo que se começa a exercitar, a FR e a profundidade da respiração aumentam, antes que ocorram alterações na P O2, P CO2 ou no nível de H +. O principal estímulo para essas rápidas alterações na ventilação é a entrada dos proprioceptores: Que monitorizam o movimento das articulações e dos músculos. Os impulsos nervosos dos proprioceptores estimulam o centro respiratório no bulbo. Temperatura Um aumento na temperatura corporal (febre) aumenta a frequência respiratória. Uma diminuição na temperatura corporal diminui essa frequência. Um estímulo frio súbito (como mergulhar na água fria) causa apneia temporária, uma ausência de respiração. Dor Uma dor súbita, intensa, produz apneia breve, mas uma dor somática prolongada aumenta a frequência respiratória. Uma dor visceral pode diminuir a frequência respiratória. Reflexo de Insuflação Localizadas nas paredes dos brônquios e bronquíolos, há receptores de distensão sensíveis à pressão. Quando esses receptores são distendidos durante a hiperinsulflação dos pulmões: A área inspiratória é inibida e, consequentemente, começa a expiração. Esse reflexo é principalmente um mecanismo protetor que impede a hiperinsulflação dos pulmões. Referência Bibliográfica GUYTON, A. C. HALL, J. E. Tratado de Fisiologia Médica. 10ª Ed. Rio de Janeiro. Guanabara Koogan, 2006. Tortora, G. J. GRABOWSKI, S. R. Corpo Humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 6ª Ed, São Paulo: Artmed, 2006. Tortora, G. J. Princípios de Anatomia Humana. 10ª ed, Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007.