fisiologia do sistema...

FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO

Vanessa Duarte Ortiz

E-mail: [email protected]

TÓPICOS

1) INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA – Aspectos funcionais e estruturais

2) MECÂNICA VENTILATÓRIA

1. INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA

Aspectos funcionais e estruturais

O TERMO RESPIRAÇÃO

Troca de gás entre o meio

EXTERNO e as células do corpo

Utilização intracelular do O2 e

substratos orgânicos

Silverthorn, 2010.


Função:





Silverthorn, 2010.


Função:



Silverthorn, 2010.

QUAIS SÃO AS FUNÇÕES?



FUNÇÕES DO SISTEMA RESPIRATÓRIO


Fornecer oxigênio (O2) e eliminar

dióxido de carbono (CO2).


Regulação do pH através da excreção ou retenção de CO2

Modulação da frequência respiratória controla a perda de H2O e calor

Células quimiorreceptoras localizadas no teto das cavidades nasais são responsáveis por captar estímulos olfativos


Processamento do ar realizado na zona de condução das vias aéreas. Importante para condicionar o ar antes de chegar na

zona respiratória (trocas gasosas).

Movimento do ar pelas pregas vocais, criando vibrações

Mecanismos de defesa do epitélio respiratório capaz de aprisionar e destruir substâncias potencialmente nocivas antes que

elas possam entrar no corpo.

ANATOMIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO

1. VIAS ÁREAS SUPERIORES

2. VIAS ÁREAS INFERIORES

3. CAIXA TORÁCICA

4. MUSCULATURA RESPIRATÓRIA

5. SUPRIMENTO SANGUÍNEO

6. PLEURAS


• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS

Netter, 2011.


VIAS ÁREAS INFERIORES

• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS

Berne&Levy, 2009.



• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS



• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS

Epiglote

LARINGE

Principal órgão responsável pela FONAÇÃO



• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS


• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS

Netter, 2011.


As vias aéreas podem ser

divididas em:

• ZONA DE CONDUÇÃO

• ZONA RESPIRATÓRIA

Costanzo, 2007.


ZONA DE CONDUÇÃO

COMPOSTA POR: Cavidade nasal > Faringe

> Laringe > Traqueia > Brônquios

(principal > lobar > segmentar) >

Bronquíolos > Bronquíolos terminais

FUNÇÃO:

CONDUÇÃO, UMIDIFICAÇÃO, FILTRAÇÃO E

AQUECIMENTO DO AR

Costanzo, 2007.


ZONA RESPIRATÓRIA

COMPOSTA POR:

Bronquíolos respiratórios* > Ductos

alveolares > Sacos alveolares > Alvéolos

FUNÇÃO: TROCAS GASOSAS

*estruturas de transição (tem troca gasosa, mas em

níveis não significativos)

Zona respiratória ou Unidade de Trocas Gasosas

Costanzo, 2007.


MAIOR ÁREA DE SECÇÃO

TRANSVERSAL dos alvéolos é o

que permite o pulmão ter a

capacidade de acomodar

volume máximo de 6L de ar.

Superfície de troca gasosa (± 85m2)

Silverthorn, 2010.


Fluxo rápido

Fluxo lento

ZONA CONDUÇÃO: • MENOR área de secção transversal • MAIOR fluxo de ar

ZONA RESPIRATÓRIA: • MAIOR área de secção transversal

(devido ao grande nº de ramificações)

• MENOR fluxo de ar


ÁREA DE SECÇÃO TRANSVERSAL

Fluxo rápido

Fluxo lento

ZONA CONDUÇÃO: • MENOR área de secção transversal • MAIOR diâmetro • MAIOR fluxo de ar

ZONA RESPIRATÓRIA: • MAIOR área de secção transversal • MENOR diâmetro (devido ao

grande nº de ramificações) • MENOR fluxo de ar

Margarida, 2012.


Fluxo rápido

Fluxo lento

Velocidade do fluxo e

área de secção são

inversamente

proporcionais.

ZONA CONDUÇÃO: • MENOR área de secção transversal • MAIOR fluxo de ar

ZONA RESPIRATÓRIA: • MAIOR área de secção transversal

(devido ao grande nº de ramificações)

• MENOR fluxo de ar


• CAVIDADE NASAL

• SEIOS NASAIS

• FARINGE

• LARINGE

• GLOTE

• PREGAS VOCAIS

• TRAQUEIA

• BRÔNQUIOS

• BRONQUÍOLOS

• ALVÉOLOS

Netter, 2011.


PROTEÇÃO DAS VIAS ÁREAS INFERIORES

• 12 vértebras torácicas

• 12 pares de costelas

• Cartilagens costais

• Esterno

• Músculos associados

Silverthorn, 2010.

Esternocleidomastoideo (eleva o esterno)

Músculos INSPIRATÓRIOS

Escalenos (elevam as costelas

superiores)

Músculos intercartilaginosos

(elevam as costelas)

Intercostais externos (elevam as costelas)

DIAFRAGMA (aumenta a dimensão longitudinal do

tórax e eleva as costelas inferiores)

Intercostais internos (rebaixa as costelas)

Músculos abdominais (rebaixa as costelas inferiores,

comprimem o conteúdo abdominal)

Músculos EXPIRATÓRIOS

PRINCIPAL MÚSCULO DA INSPIRAÇÃO!


Berne&Levy, 2009.

Rede de capilares envolvendo os

alvéolos.


Sangue Venoso Pobre em O2

Sangue Arterial Rico em O2

Berne&Levy, 2009.

Rede de capilares envolvendo os

alvéolos.


Sistema de BAIXA PRESSÃO e ALTA TAXA DE FLUXO SANGUÍNEO

Artérias pulmonares são

muito complacentes (+ distensíveis)

Requer menor pressão para o sangue fluir pela

circulação pulmonar (baixa resistência); logo, maior

fluxo sanguíneo Berne&Levy, 2009.


Sistema de BAIXA PRESSÃO e ALTA TAXA DE FLUXO SANGUÍNEO

Artérias pulmonares são

muito complacentes (+ distensíveis)

Requer menor pressão para o sangue fluir pela

circulação pulmonar (baixa resistência); logo, maior

fluxo sanguíneo Guyton, 2010.

CIRCULAÇÃO SISTÊMICA QUE

NUTRE AS ESTRUTURAS

PULMONARES



PLEURA VISCERAL – recobre o pulmão

PLEURA PARIETAL – voltada para a

cavidade torácica


Permite o deslizamento entre as pleuras, dando

mobilidade de retração/expansão aos pulmões;

Mantém os pulmões aderidos à parede torácica;

Amortecimento (atrito)


1. VIAS ÁREAS SUPERIORES

2. VIAS ÁREAS INFERIORES

3. CAIXA TORÁCICA

4. MUSCULATURA RESPIRATÓRIA

5. SUPRIMENTO SANGUÍNEO

6. PLEURAS


1. CÉLULAS CILIADAS

2. CÉLULAS CALICIFORMES

3. CÉLULAS ALVEOLARES

4. MACRÓFAGOS PULMONARES

5. FLUIDOS DO SISTEMA RESPIRATÓRIO

6. INTERSTÍCIO PULMONAR

Silverthorn, 2010.


Produtoras de muco

Contém glicoproteínas, proteoglicanos e

imunoglobulinas

Células epiteliais ciliadas produz fluido

periciliar (solução salina);

cílios > movimento mucociliar

Silverthorn, 2010.


Costanzo, 2007; Berne&Levy 2006


CÉLULAS ALVEOLARES DO TIPO I: • 95% • Células maiores e mais finas • TROCAS GASOSAS

CÉLULAS ALVEOLARES DO TIPO II: • 5% • Células menores e mais espessas • Síntese do SURFACTANTE (90%

lipídios, fosfolipídios, fosfatidilcolina, fosfatidilglicerol; 10% proteínas)

Silverthorn, 2010.


CÉLULAS ALVEOLARES DO TIPO I: • 95% • Células maiores e mais finas • TROCAS GASOSAS

CÉLULAS ALVEOLARES DO TIPO II: • 5% • Células menores e mais espessas • Síntese do SURFACTANTE (90%

lipídios, fosfolipídios, fosfatidilcolina, fosfatidilglicerol; 10% proteínas)


Fagocitose de partículas estranhas que entram nos

pulmões


• Fluido periciliar (solução salina)

• Muco

• Surfactante

Componentes do


• Tecido linfoide

• Células musculares lisas

• Tecido conjuntivo

• Vasos linfáticos

• Capilares

• Fibroblastos – sintetizam colágeno e elastina

que fazem parte da matriz extracelular

FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA

Difusão do O2 e CO2 entre os

alvéolos e capilares

pulmonares OU entre

capilares sistêmicos e células

Renovação cíclica do gás

alveolar pelo ar

atmosférico

Transporte do O2 e

CO2 no sangue

Controle nervoso

sobre a respiração

FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA

Difusão do O2 e CO2 entre os

alvéolos e capilares

pulmonares OU entre

capilares sistêmicos e células

Renovação cíclica do gás

alveolar pelo ar

atmosférico

Transporte do O2 e

CO2 no sangue

Controle nervoso

sobre a respiração

COMO OCORRE ESSA RENOVAÇÃO

DO AR DENTRO DOS ALVÉOLOS?

2. MECÂNICA VENTILATÓRIA

MECÂNICA VENTILATÓRIA

CONTRAÇÃO/RELAXAMENTO DOS

MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS

GRADIENTE DE

VOLUME

GRADIENTE DE

PRESSÃO

FLUXO DE AR PARA DENTRO/FORA

DOS PULMÕES


Processo mecânico no qual o ar

é movido para dentro e para

fora do pulmão

Resume-se nos processos de

INSPIRAÇÃO e EXPIRAÇÃO.


Esternocleidomastoideo* (eleva o esterno)

Músculos INSPIRATÓRIOS

Escalenos * (elevam as costelas

superiores)

Músculos intercartilaginosos

(elevam as costelas)

Intercostais externos (elevam as costelas)

DIAFRAGMA (aumenta a dimensão longitudinal do

tórax e eleva as costelas inferiores)

Intercostais internos (rebaixa as costelas)

Músculos abdominais (rebaixa as costelas inferiores,

comprimem o conteúdo abdominal)

Músculos EXPIRATÓRIOS

PRINCIPAL MÚSCULO DA INSPIRAÇÃO!

Contraem durante a

INSPIRAÇÃO

Contraem durante a

EXPIRAÇÃO FORÇADA

*Músculos acessórios (só contraem na inspiração forçada)

Berne&Levy, 2009.


Diafragma CONTRAI

Tórax EXPANDE

Volume torácico AUMENTA Silverthorn, 2010.


Diafragma RELAXA

Tórax RETRAI

Volume torácico DIMINUI Silverthorn, 2010.


Diafragma RELAXA

Tórax RETRAI

Volume torácico DIMINUI

Diafragma CONTRAI

Tórax EXPANDE

Volume torácico AUMENTA

O QUE ACONTECE COM AS

PRESSÕES DO SISTEMA

RESPIRATÓRIO?


Lei de Boyle: Explica a relação entre pressão e

volume: Ao diminuir o volume de um recipiente, a

colisão das moléculas de gás umas com as outras e

com as paredes se tornará mais frequente, e assim,

a pressão do gás na mistura aumentará.

P1V1 = P2V2

“Pressão inversamente proporcional ao volume”

Base da ventilação pulmonar

Silverthorn, 2010.


FLUXO DE AR OCORRE A FAVOR DE UM GRADIENTE DE PRESSÃO

Área de

ALTA PRESSÃO

Área de

BAIXA PRESSÃO

• Pressão ALVEOLAR ou INTRAPULMONAR

• Pressão INTRAPLEURAL ou PLEURAL

• Pressão TRANSPULMONAR


Marieb, 2009.





Pressão do ar dentro dos alvéolos pulmonares

Aumenta e diminui com as fases da ventilação

SEMPRE, em algum momento (pausas

respiratórias), se iguala com a pressão atmosférica.

Marieb, 2009.





Pressão do líquido pleural presente no espaço

intrapleural.

Resultante da oposição das forças de expansão

da caixa torácica e da retração pulmonar

É sempre NEGATIVA (–).

Marieb, 2009.





Pressão do líquido pleural presente no espaço

intrapleural.

Resultante da oposição das forças de expansão

da caixa torácica e da retração pulmonar

É sempre NEGATIVA (–).


Presença de ar no espaço intrapleural





Diferença entre a PALVEOLAR e a PINTRAPLEURAL

Amplitude da pressão transpulmonar determina o grau de

expansão dos pulmões (↑PRESSÃO = ↑EXPANSÃO)

O pulmão requer pressão transpulmonar positiva para

aumentar seu volume. Marieb, 2009.


Diferença entre a PALVEOLAR e a PINTRAPLEURAL

Amplitude da pressão transpulmonar determina o grau de

expansão dos pulmões (↑PRESSÃO = ↑EXPANSÃO)

O pulmão requer pressão transpulmonar positiva para

aumentar seu volume.





Consiste de uma inspiração seguida

de uma expiração

INSPIRAÇÃO:

• Músculos inspiratórios contraem

• Volume torácico aumenta

• PALVEOLAR e PINTRAPLEURAL REDUZ


EXPIRAÇÃO:

• Músculos expiratórios contraem

• Volume torácico diminui

• PALVEOLAR e PINTRAPLEURAL aumenta

Consiste de uma inspiração seguida

de uma expiração


CONTRAÇÃO/RELAXAMENTO DOS

MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS

GRADIENTE DE

VOLUME

GRADIENTE DE

PRESSÃO

FLUXO DE AR PARA DENTRO/FORA

DOS PULMÕES


INSPIRAÇÃO • Inspiração Espontânea: Contração do diafragma, dos músculos intercartilaginosos e dos

intercostais externos . • Inspiração Forçada (ex. exercício): Contração do diafragma, dos músculos intercartilaginosos e dos

intercostais externos (que sempre contraem) e dos esternocleidomastóideo e escalenos (acessórios).

Marieb, 2009.


EXPIRAÇÃO . Retração elástica do pulmão • Expiração Espontânea (PASSIVA): Processo passivo; Relaxamento do diafragma e dos outros

músculos inspiratórios; • Expiração Forçada (ATIVA): Intercostais internos e abdominais contraem.

Marieb, 2009.


• RESISTÊNCIA DAS VIAS AÉREAS

• ELASTICIDADE

• COMPLACÊNCIA


𝑭 = ∆𝑷

𝑹

F = fluxo aéreo ∆P = diferença de pressões entre a atmosfera e os alvéolos R = resistência

• Resistência é determinada pelo DIÂMETRO das vias aéreas. Fatores

que influenciam o diâmetro e, consequentemente, a resistência:

Volume pulmonar Muco Edema Broncoconstrição/Broncodilatação Densidade e a viscosidade do gás inspirado

• Fluxo aéreo é inversamente proporcional à resistência


Broncoconstrição Resistência Fluxo aéreo

Broncodilatação Resistência Fluxo aéreo

• Parassimpático • Histamina

• Simpático


• ELASTICIDADE = propriedade de um determinado material

(pulmão) retornar ao seu estado de repouso após ter sofrido

deformação causada por uma força externa


• Forças elásticas dos pulmões:

Força elástica dos tecidos pulmonares (fibras de elastina)

Forças elásticas causadas pela tensão superficial do

líquido que reveste os espaços aéreos.


• TENSÃO SUPERFICIAL = força de atração (coesão) entre as

moléculas de água na interface ar-líquido.


LÍQUIDO (H2O)

• TENSÃO SUPERFICIAL = força de atração (coesão) entre as

moléculas de água na interface ar-líquido.

Força que torna mais difícil insuflar o pulmão!

• TENSÃO SUPERFICIAL

Síntese do

Composição: 90% lipídios (predominantemente,

fosfolipídios) ; 10% proteínas

Papel do :

Substância detergente moléculas do surfactante se

intercalam entre as moléculas de água:

Força de coesão entre as moléculas

Boron, 2009.




CÉLULAS ALVEOLARES DO TIPO II:

Síntese do

(90% lipídios, fosfolipídios, fosfatidilcolina,

fosfatidilglicerol; 10% proteínas)

Papel do :




• TENSÃO SUPERFICIAL

Boron, 2009.


SEM surfactante COM surfactante

SEM surfactante COM surfactante


Surfactante pulmonar desempenha muitos papéis fisiológicos:

• Trabalho da respiração

• Previne o colapso dos alvéolos

• Estabiliza os alvéolos


Lei de Laplace:

=𝟐 𝐱 𝐓𝐞𝐧𝐬ã𝐨 𝐧𝐚 𝐩𝐚𝐫𝐞𝐝𝐞

𝐫𝐚𝐢𝐨

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎/𝑎𝑙𝑣é𝑜𝑙𝑜

Logo, seguindo a lei de Laplace, se a Tensão Superficial (TS) fosse a mesma

para alvéolos menores e maiores, a pressão nos alvéolos menores seria

muito MAIOR! Porém, isso não ocorre, pois esses alvéolos têm MAIS

SURFACTANTE para ajudar a diminuir a TS, igualando, dessa forma, as

pressões nos alvéolos menores em relação aos maiores!


Lei de Laplace:

=𝟐 𝐱 𝐓𝐞𝐧𝐬ã𝐨 𝐧𝐚 𝐩𝐚𝐫𝐞𝐝𝐞

𝐫𝐚𝐢𝐨

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎/𝑎𝑙𝑣é𝑜𝑙𝑜

Com surfactante MAIS surfactante no alvéolo menor para reduzir a TS; logo, a pressão nos alvéolos menores e maiores se torna similar, NÃO havendo o deslocamento de ar do alvéolo menor p/ o maior.

Sem surfactante Ar vai do alvéolo menor (maior pressão) p/ o alvéolo maior (menor pressão). Logo, alvéolos menores teriam muita dificuldade de inflar

Logo, seguindo a lei de Laplace, se a Tensão Superficial (TS) fosse a mesma

para alvéolos menores e maiores, a pressão nos alvéolos menores seria

muito MAIOR! Porém, isso não ocorre, pois esses alvéolos têm MAIS

SURFACTANTE para ajudar a diminuir a TS, igualando, dessa forma, as

pressões nos alvéolos menores em relação aos maiores!


• É a medida do grau de distensão do pulmão.

• É definida como a mudança do volume pulmonar (mL ou L)

que resulta de mudança de 1 cmH2O na pressão

transpulmonar.

CP = Complacência pulmonar ∆V = variação de volume ∆P = variação de pressão


• Descreve a distensibilidade pulmonar, ou seja, é a facilidade com que um objeto (PULMÃO)

pode ser deformado.

Determinada por dois fatores:

a) Distensibilidade do tecido pulmonar (fibras de colágeno – principal componente

que limita a distensão pulmonar)

b) Tensão superficial alveolar


Diagrama da complacência pulmonar

(curva pressão-volume):

• Curva de complacência inspiratória

• Curva de complacência expiratória

Guyton, 2011.


ESTADO DE MAL ASMÁTICO:

Resistência das vias aéreas

(broncoespasmo + inflamação das vias aéreas

+ muco)


ENFISEMA:

Elasticidade

Complacência

(devido à destruição dos alvéolos)


FIBROSE PULMONAR:

Complacência

(devido à deposição de fibras colágenas

no espaço intersticial dificulta a

distensão pulmonar!)


1. VOLUME CORRENTE (VC)

2. VOLUME DE RESERVA INSPIRATÓRIA (VRI)

3. VOLUME DE RESERVA EXPIRATÓRIA (VRE)

4. VOLUME RESIDUAL (VR)






Volume de ar inspirado ou expirado durante

respiração em repouso (não-forçado).

~500mL





4. VOLUME RESIDUAL (VR) Volume de ar inalado na inspiração com

máximo de esforço.

~3000mL





4. VOLUME RESIDUAL (VR) Volume de ar exalado na expiração com

máximo de esforço.

~1100mL






Volume de ar que permanece nos pulmões

mesmo ao final da mais vigorosa das expirações.

~1200mL


1. CAPACIDADE INSPIRATÓRIA

2. CAPACIDADE RESIDUAL FUNCIONAL

3. CAPACIDADE VITAL

4. CAPACIDADE PULMONAR TOTAL

Guyton, 2011.



3. CAPACIDADE VITAL



CI = VC + VRI: Máximo de ar que pode ser inalado

após a expiração do volume corrente. ~3500mL

Guyton, 2011.



3. CAPACIDADE VITAL



CRF = VRE + VR: Quantidade de ar que permanece nos pulmões após a expiração do

volume corrente. ~2300mL

Guyton, 2011.



3. CAPACIDADE VITAL



CV = VRI + VC + VRE: É o máximo de ar que pode ser

movimentado desde o máximo de inspiração até o máximo de expiração..

~4500mL

Guyton, 2011.



3. CAPACIDADE VITAL



CPT = VRI + VC + VRE + VR: Máximo de ar que os pulmões podem

conter. ~5800mL

Guyton, 2011.


Silverthorn, 2010.


ANATÔMICO

(Vias condutoras)

FISIOLÓGICO

(vias condutoras +

alvéolos defeituosos) • Não há trocas gasosas nesse

seguimento das vias aéreas

• Corresponde a cerca de 1/3 do

volume corrente (150 ml)

• Berne e Levy. Fisiologia – 6ª ed., Elsevier, 2009.

• Costanzo. Fisiologia – 3ª ed., Elsevier, 2007.

• Guyton e Hall. Tratado de Fisiologia Medica – 11ª ed., Elsevier, 2006.

• Marieb. Anatomia e Fisiologia – 3ª ed., Artmed, 2009.

• Netter. Atlas de Anatomia Humana – 5ª ed., Elsevier, 2011.

• Silverthorn. Fisiologia Humana, uma abordagem integrada – 5ª ed., Artmed, 2010.

• Margarida. Fisiologia – 4ª ed., Guanabara Koogan, 2012.

• Boron. Fisiologia médica – 2º ed., Artmed, 2009.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO

Vanessa Duarte Ortiz

E-mail: [email protected]

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