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Sistema Respiratório e Exercício

Aula 5

Prof. Dra. Bruna Oneda

Fisiologia do Esforço

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Sistema respiratório

Conjunto de órgãos responsáveis pelas

trocas gasosas do organismo dos

animais com o meio ambiente ou seja

a hematose pulmonar, possibilitando a

respiração celular.

Estruturas responsáveis pelo transporte de ar aos pulmões:

• Fossas Nasais (nasofaringe)

• Faringe

• Laringe

• Traquéia

• Brônquios,

• Bronquíolos (respiratórios e terminais)

• Alvéolos

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O epitélio respiratório é a mucosa que reveste boa parte do trato respiratório,

estendendo-se das fossas nasais até os brônquios.

Esse epitélio é responsável pela filtração, aquecimento, e umidificação do ar

inspirado.

A filtração é possível graças à presença de muco e dos cílios que orientam seus

batimentos em direção à faringe, impedindo a entrada de partículas estranhas no

pulmão; enquanto o aquecimento é garantido pela rica vascularização do tecido,

principalmente nas fossas nasais que reveste boa parte do trato respiratório,

estendendo-se das fossas nasais até os brônquios.

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Brônquios

1) Laringe2) Traquéia3) Brônquio esquerdo4) Brônquio direito

A traquéia divide-se em dois brônquios (direito e esquerdo). Estesapresentam estrutura muito semelhante à da traquéia e são denominadosbrônquios de primeira ordem.

Cada brônquio principal dá origem a pequenos brônquios lobares ou desegunda ordem, que ventilam os lobos pulmonares. Estes, por sua vez,dividem-se em brônquios de terceira ordem, que vão ter os segmentosbroncopulmonares.Os brônquios, se ramificam várias vezes até se transformarem embronquíolos, um para cada alvéolo pulmonar, ao que se designa de árvorebronquial.Os brônquios têm a parede revestida internamente por um epitélio ciliadoe externamente encontra-se reforçada por anéis de cartilagem, irregularesque, nas ramificações se manifestam como pequenas placas ou ilhas.A parede dos brônquios e bronquíolos é formada por músculo liso e a suadilatação ou compressão pode ser controlada através de medicaçãoespecífica.

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Bronquíolos e Alvéolos

Os brônquios se subdividem em numerosos bronquíolos que

conduzem o ar inspirado através de um caminho tortuoso e

estreito até que acaba se misturando com o ar existente nos ductos

alveolares. Esses ductos são circundados completamente por

alvéolos microscópicos, que são os ramos terminais do trato

respiratório

Pulmões

• Suas principal função é a permuta gasosa; os pulmões transferem oxigênio do ar para o

sangue venoso e transferem dióxido de carbono desse sangue para as câmaras alveolares, de

onde é expelido subsequentemente para o ar ambiente (atmosférico)

• Os pulmões contem mais de 300 milhões de alvéolos. O tecido alveolar possui o maior

suprimento sanguíneo de qualquer órgão do corpo. Milhões de curtos capilares de paredes

finas e de alvéolos ficam ao lado um dos outros , com o ar se movimentando ao longo de um

dos lados e o sangue ao longo do outro.

• A difusão gasosa ocorre através da barreira extremamente fina dessas células alveolares e

capilares.

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Inspiração

Uma grande lâmina com formato de uma cúpula de tecido muscular, denominada

diafragma é fundamental para que a respiração ocorra.

O diafragma cria uma separação entre as cavidades abdominal e torácica, porém

possui uma séria de aberturas através dos quais passam o esôfago, os vasos sanguíneos e os

nervos.

Durante a inspiração, o músculo diafragma se contrai, se retifica e desce na direção da

cavidade abdominal em até 10cm.

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Inspiração

Esse movimento faz com que a cavidade torácica aumente de volume e se torne

alongada.

Consequentemente, o ar presente nos pulmões se expande e sua pressão, denominada

pressão intrapulmonar, sofre uma ligeira redução e torna menor que a pressão atmosférica.

Os pulmões insuflam à medida que o ar é aspirado pelo nariz ou pela boca; o grau de

enchimento depende da magnitude dos movimentos inspiratórios.

A inspiração é completa quando cessa a expansão da cavidade torácica e a pressão

intrapulmonar aumenta até igualar-se a pressão atmosférica.

Expiração

A expiração, que representa o processo de movimento do ar para fora dospulmões, é um processo predominantemente passivo durante o repouso eexercício leve.

Resulta da retração natural do tecido pulmonar distendido e do relaxamentodos músculos inspiratórios. Isso acarreta uma oscilação do esterno e das costelaspara baixo, enquanto que o diafragma se desloca novamente em direção acavidade torácica.

Esses movimentos reduzem o tamanho da cavidade torácica e comprimem ogás alveolar, forçando o ar para fora do sistema respiratório e para a atmosfera.

Expiração

A expiração é completada quando as forças compressivas da musculaturaexpiratória deixam de agir e a pressão intrapulmonar diminui e se iguala àpressão atmosférica.

Durante a ventilação na vigência de um exercício intenso os músculosintercostais internos e abdominais agem poderosamente sobre as costelas e acavidade abdominal com a finalidade de facilitar a redução das dimensõestorácicas.

Assim sendo, a exalação se processa com maior rapidez e num grau maispronunciado.

Função Pulmonar, aptidão aeróbica e desempenho nos exercícios

• Diferentemente dos outros componentes do sistema aeróbico, o exercício delonga duração não estimula a ocorrência de grandes aumentos na capacidadefuncional do sistema pulmonar.

• A natação e o mergulho estimulam o desenvolvimento de volumes pulmonaresestáticos acima dos normais, pois fortalecem músculos inspiratórios quetrabalham contra uma resistência adicional da massa da água que comprime otórax.

Ventilação Pulmonar

• A ventilação pulmonar pode ser encarada a partir de duas perspectivas:

• 1) volume de ar que penetra ou sai do trato respiratório total a cada minuto

• 2) volume de ar que ventila somente as câmaras alveolares a cada minuto

Ventilação minuto

• A frequência respiratória normal durante a respiração tranquila em repouso, é em média de 12 incursões por minuto e o volume corrente médio é de 0,5L.

• Consequentemente, o volume de ar respirado a cada minuto é denominado ventilação minuto e é igual a 6L.

• Durante exercício vigoroso, isso pode aumentar para 35, 45,podendo chegar a 70 vezes no exercício máximo

Ventilação Alveolar

• Parte do ar inalado em cada incursão respiratória não penetra nos alvéolos e nãoparticipa na permuta gasosa com o sangue.

• O espaço morto anatômico, descreve esse ar que enche as estruturas das viasrespiratórias superiores .

• O volume do espaço morto faz com que cerca dos 350ml dos 500ml do volumecorrente inspirado em repouso, penetrem e se misturem com o ar alveolarexistente.

• A ventilação alveolar é a porção do ar inspirado que penetra nos alvéolos eparticipa da permuta gasosa. Parece pequena mas previne as modificaçõesdrásticas na composição do ar alveolar para garantir uma certa constância nosgases sanguíneos arteriais durante todo o transcorrer do ciclo respiratório.

Ventilação

Regulação da Ventilação Alveolar (VE):

- Quando se precisa de grandes quantidades de ar, os dois centros respiratório, tanto o

inspiratório quanto o expiratório, ficam intensamente excitados.

- Não ocorre apenas o aumento da amplitude dos movimentos respiratórios, mas também

de sua frequência - com a amplitude , podendo, por vezes, aumentar desde o valor normal

de 0,5 litro a cada respiração, até mais de 3 litros, com a frequência aumentando da normal

de 12 por minuto, até mais de 50 por minuto.

- Como resultado, o volume total de ar que é respirado a cada minuto, pode passar do

normal de 6 litros até 150 litros, aumento de 25 vezes.

Regulação da Ventilação Alveolar (VE):

Muitos fatores diferentes contribuem para o controle da respiração, mas, indiscutivelmente,os mais importantes são:

A pressão do gás carbônico (PCO2) no sangue;

A concentração dos íons hidrogênios (pH) no sangue;

A pressão de oxigênio (PO2) no sangue;

Sinais neurais das áreas cerebrais, controladoras dos músculos.

Efeito do exercício sobre a ventilação alveolar:

Se não são os fatores químicos que aumentam a ventilação durante o

exercício, esse aumento deve ocorrer como resultado de algum estímulo

que chegue até o centro respiratório por meio das vias neurais.

Variações em relação aos padrões respiratórios normais

Hiperventilação: momento na ventilação pulmonar que ultrapassa as necessidades de consumo de O2 e de eliminação do CO2 do metabolismo.

• Essa respiração “excessiva” reduz rapidamente a concentração alveolar de CO2 e faz com que o excesso desse gás deixe os líquidos corporais através do ar expirado .

• Uma queda concomitante na concentração do H+ eleva o PH plasmático.

Dispneia: falta de ar excessiva ou à angustia subjetiva ao respirar.• A sensação de incapacidade de respirar durante o exercício, principalmente nos

sedentários, acompanha habitualmente o CO2 e concentração de H+ elevados. Essascondições excitam o centro respiratório, elevando a frequência e profundidade darespiração. A incapacidade de regular adequadamente o CO2 e H+ arteriais estárelacionado aos baixos níveis de aptidão aeróbica e a uma musculatura ventilatóriaprecariamente condicionada.

Variações em relação aos padrões respiratórios normais

Manobra de Valsalva: Os músculos expiratórios, além de seu papel normal naventilação pulmonar, participam nas manobras ventilatórias de tossir e espirrar econtribuem para estabilizar as cavidades abdominal e torácica durante olevantamento de objetos pesados.

Durante a respiração tranquila, a pressão intrapulmonar cai aprox. 3mmHgdurante a inspiração e evidencia a uma elevação semelhante e até acima dapressão atmosférica na expiração.

O fechamento da glote após uma inspiração plena, enquanto estão sendo ativadosao máximo os músculos expiratórios, produz forças compressivas

que irão elevar a pressão intratorácica para mais de 150mmHg

acima da pressão atmosférica.

Variações em relação aos padrões respiratórios normais

Consequências: A pressão intratorácica aumentada durante a manobra étransmitida através das veias que atravessam a região torácica. Como o sanguevenoso permanece sob uma pressão relativamente baixa, as veias podem sofrerum colapso, o que reduz o fluxo sanguíneo para o coração que leva a umadiminuição acentuada do volume de ejeção sistólica do coração, desencadeandouma queda da PA.

Esses efeitos diminuem o suprimento de sangue para cérebro, podendo promoververtigens e desmaios. Quando a glote é reaberta e a pressão intratorácica énormalizada, o fluxo sanguíneo será reestabelecido com um aumento excessivo napressão arterial.

Fibras musculares e suas funções

Unidade motora: motoneurônio + fibra muscular

O motoneurônio determina as características das fibras por exemplo:

Para aumentar a força: aumento no número de unidades motorasrecrutadas e da frequência de estimulação de uma unidade motora

As fibras vermelhas são as primeiras a serem recrutadas porque o limiar dedespolarização é menor

Quanto maior a intensidade, mais fibras brancas são ativadas.

Indivíduo normal tem 45 a 55% de fibras de contração lenta

Variações entre indivíduos: genética e treinamento

Sequência de eventos da contração muscular

1. Vesículas liberam Aceticolina que se difunde através da fenda sináptica e se fixaaos receptores especializados de Aceticolina sobre o sarcolema;

2. O potencial de ação do músculo despolariza os túbulos transversos na junção A-I do sarcômero;

3. A despolarização do sistema de Tubulos T acarreta a liberação de Ca2+ pelossacos laterais do reticulo sarcoplasmático

4. Ca2+ fixa-se a troponina-tropomiosina nos filamentos de actina. Isso elimina ainibição que impedia a combinação de actina com miosina

5. Durante a contração muscular, a actina combina-se com a miosina ATPase parafracionar o ATP com liberação de energia. A tensão produzida pela liberação deenergia acarreta a movimentação das pontes cruzadas de miosina;

Sequência de eventos da contração muscular

6. O ATP une-se à ponte cruzada de miosina, rompendo a ligação actina-miosina epermitindo que a ponte cruzada se dissocie da actina. Isso dá origem aodeslizamento dos filamentos espessos e finos, que acarreta o encurtamento domúsculo.

7 . A ativação das pontes cruzadas prossegue quando a concentração de Ca2+

continua alta (em virtude da despolarização da membrana) para inibir a ação docomplexo troponina-tropomiosina

8. Quando a estimulação muscular cessa, o Ca2+ desloca-se de volta para os sacoslaterais do reticulo sarcoplasmático graças ao transporte ativo que depende dahidrólise do ATP.

9. A remoção de Ca2+ restaura a ação inibitória da troponina-tropomiosina. Napresença de ATP, actina e miosina continuam no estado dissociado e relaxado.

Fibras do Tipo II – rápidas, brancas

• Alta Capacidade para transmissão eletroquímica dos potenciais de ação;

• Alta atividade de miosina ATPase;

• Liberação e captação rápidas de Ca2+ por um retículo sarcoplasmático eficiente;

• Alta taxa de renovação das pontes cruzadas

Subdivisões das Fibras do tipo II

• IIa – exibe uma velocidade rápida de encurtamento e uma capacidade bemdesenvolvida para a transferência de energia a partir de fontes tantoaeróbicas quanto anaeróbicas. Também chamadas de Fibras ROG ( fibrasrápidas-oxidativas-glicolíticas

• IIb – possui maior potencial anaeróbico e a velocidade de encurtamentomais rápida; ela é a verdadeira fibra rápida glicolítica (RG)

• IIx – enquadra-se no meio do caminho entre as fibras tipo IIa e IIb emtermos de características fisiológicas e metabólicas

Fibras Tipo I – Lenta, vermelhas

• Baixa atividade de miosina ATPase;

• Capacidade de Manipulação do cálcio e velocidade de encurtamento lentas;

• Capacidade glicolítica menos bem desenvolvida que as fibras de contraçãorápida

• Mitocôndrias grandes e numerosas

Recebem coloração vermelha pelo grande numero de mitocôndrias. Sãoaltamente resistentes à fadiga e perfeitamente apropriadas para o exercícioaeróbico prolongado.

Classificação dos Tipos de Fibras Musculares Esqueléticas Humanas

Fibras Tipo I Fibras Tipo IIa Fibras Tipo IIx Fibras Tipo IIb

Tempo de contração Lenta Moderadamente rápida Rápida Muito rápida

Tamanho do neurônio motor

Pequeno Médio Grande Muito grande

Resistência à fadiga Alta Razoavelmente alta Intermediária Baixa

Atividade usada para Aeróbica Anaeróbica a longo prazo Anaeróbica a curto prazo Anaeróbica a curto prazo

Duração máxima do uso Horas Menos que 30 min Menos que 5 min Menos que 1 min

Produção de força Baixa Média Alta Muito Alta

Densidade mitocôndrial Alta Alta Média Baixa

Densidade capilar Alta Intermediária Baixa Baixa

Capacidade oxidativa Alta Alta Intermediária Baixa

Capacidade glicolítica Baixa Alta Alta Alta

Principal combustível armazenado

Triacilglicerol Fosfato de creatina,glicogênio

Fosfato de creatina,glicogênio

Fosfato de creatina,glicogênio

Recrutamento das fibras musculares durante exercício progressivo máximo

IIb

IIa

I

Tipo de fibra muscular

% f

ibra

s m

us

cu

lare

s u

tiliza

da

s

Força muscular ou intensidade do exercício

Leve Moderada Máxima

100

80

60

40

20