fisiologia respiratÓria

Aylton Figueira Júnior

[email protected]

- LABFEX -

Laboratório de Fisiologia da

Atividade Física e Exercício

UniFMU

ADAPTAÇÃO DO SISTEMA RESPIRATÓRIO

Sistema Respiratório-Controle da Ventilação

Pulmonar

Centro

Respiratório

no Bulbo

Temperatura

Receptores pulmonares

Proprioceptores

articulações e músculos

Estado químico do

líquor no bulbo

Quimiorreceptores

periféricos

Córtex motor

Regiões

subcorticais

Músculos

ventilatórios

DC & VE & FC – Repouso e Esforço

FC & PA & VE & DC e Esforço

Espectro da Avaliação Funcional

Capacidade

Fisiológica

Capacidade

Funcional

Estado

Funcional

+ + + + +

Velocidade de Marcha

Resistência para Caminhar

Subir Escadas

Levantar da Cadeira

Testes de Equilíbrio

Testes de Aptidão Física

Atividade Física

Atividade Vida Diária

Exercícios Resistidos

Qualidade de Vida

Auto-eficácia

Quedas

Capacidade Aeróbica

Débito Cardíaco

Massa Muscular

Força Muscular

Densidade Óssea

Velocidade de Condução Nervosa

DoseDoseDose

Ben

efício

Ben

efício

Ben

efício

PsicológicoPsicológico

Músculo-esqueléticoMúsculo-esquelético

Controle Controle

PesoPeso

CardiovascularCardiovascular

MetabólicoMetabólico

Atividade Física x Dimensões SaúdeAtividade Física x Dimensões SaúdeAtividade Física x Dimensões Saúde

Adaptação Cardiorrespiratória

Adaptação dos Sistemas

Adaptação Muscular

Volume do coração

Volume de sangue

Hemoglobina total

Débito cardíaco e VO2máx

Volumes pulmonares

Freqüência cardíaca repouso

Freqüência cardíaca esforço

Pressão arterial

Número e tamanho da mitocôndria Força

Estoques de triglicerídeos HDL

Tamanho das fibras Peso Corporal

Potencial oxidativo LDL / Colesterol

Conceitos & Definições

Limiar Anaeróbico

Histórico : – proposto Wasserman e McIlroy (1964 )- momento em que o lactato sanguíneo

aumenta rapidamente, indicando menor suprimento de O2 muscular

- relacionado ao aumento do consumo de glicose e glicogênio muscular

- ocorre um aumento direto com a acidose muscular

- forte relação com os valores de VO2máx


Pulmonar

Fatores que afetam a saturação de Hb:

• pressão parcial do oxigênio(PO2) no sangue

• temperatura do sangue

• pH do sangue(acidez, conteúdo de H+)

• quantidade de CO2

• nível de 2,3 difosfoglicerato(2,3-DPG) nas hemáceas

Sistema Respiratório-Transporte de

Oxigênio

• CO2 dissolvido

• 5% - 10% PCO2 do sangue

• CO2 como bicarbonato

• 65% - 70%

•CO2 + H2O H2CO3 H+ + (HCO3)

-

• CO2 ligado à hemoglobina

• 20%

CO2 + HbNH HbNHCOOH(carboxihemoglobina)

Sistema Respiratório-Transporte de Gás

Carbônico

anidrase

carbônica

O2 dissolvido

• pouco solúvel nos líquidos

• 0.3ml/100ml de plasma

• 3ml/L x 5L = 15ml de O2 dissolvidos

PO2 do sangue controle da respiração

liberação de O2 - pulmão

- tecidos


Oxigênio

O2 combinado com a Hemoglobina

• aumenta em 65 a 70% carreamento de O2 pelo

sangue

Quanto é transportado?

• homens – 15 a 16g de Hb/100ml de sangue

• mulheres – 13 a 14g de Hb/100ml de sangue

1g de Hb 1,34ml de O2


Oxigênio

15g x 1,34 = 20ml de O2/100ml de sangue

Capacidade O2 de Hb = 20ml de O2/100ml de sangue

Papel da Mioglobina:

• proteína que contém Fe++

• músculo estriado e cardíaco

• alta concentração nas fibras Tipo I (lentas; aeróbias;

vermelhas)

• oxigênio adicional ao músculo

Mb + O2 MbO2

• disponibilidade de oxigênio no início do exercício

• débito de oxigênio


Oxigênio

Conceitos & TermosZona Condutora – área pulmonar onde não ocorre a

respiração (troca gasosa)

Zona Respiratória – área pulmonar onde ocorre a

respiração (troca gasosa)

Poros de Kohn – espaços alveolares que permitem

a difusão de fluido e surfactante através das

membranas alveolares

Circulação Pulmonar – o sangue e os vasos que

conectam o coração e os pulmões

Espaço Morto Fisiológico – volume de ar dentro da

zona condutora do pulmão

Respiração – troca gasosa Roberts & Roberts, 2002

Conceitos & Termos

Volume corrente – volume da ar ventilado para

dentro e para fora do pulmão em cada ventilação

Ventilação – volume da ar mobilizado pelos

pulmões, expresso em litros/minuto

Complacência – aumento do volume pulmonar por

unidade de pressão

Ventilação pulmonar – componente da ventilação

que alcança a zona respiratória dos pulmões

Surfactante – molécula de lipoproteína encontrada

nas membranas alveolares que funciona para

reduzir a tensão superficial e melhorar a

complacência Roberts & Roberts, 2002

Conceitos & Termos

Hemoglobina – proteína dentro das células

vermelhas sanguíneas que contém quatro

grupamentos heme contendo ferro. Cada uma

pode ligar-se ao oxigênio

Interface sangue – gás – distância anatômica

através da qual o gás se difunde

Efeito Bohr – redução na afinidade da hemoglobina

pelo oxigênio com um aumento na temperatura,

PCO2, acidose e 2,3-DPG

Anidrase carbônica – enzima que promove a

conversão de CO2 e água em ácido carbônico

Roberts & Roberts, 2002

Conceitos & Termos

Efeito Haldane – redução na afinidade da

hemoglobina pelo dióxido de carbono com um

aumento na pressão parcial de oxigênio

Mioglobina – proteína intramuscular que contém um

grupamento heme, contendo ferro que permite a

ligação ao oxigênio

Limiar anaeróbico – intensidade metabólica

associada com um aumento no equivalente

ventilatório do oxigênio (VE/VO2)

Hipoxemia – disponibilidade de oxigênio menor que o normal

Hipóxia induzida exercício – redução na saturação de hemoglobina no exercício Roberts & Roberts, 2002

Conceitos & TermosPotência Aeróbica – Quantidade de O2 consumido

pelo corpo em trabalho aeróbico. Expresso em

L.min-1 ou mL/Kg.min-1. Primeiro indicador CR

Metabolismo Aeróbico – Trocas químicas que

produz ATP na presença de O2

Energia Aeróbica – Energia resultante da

degradação CHO, CHOO e CHN pelo CK e CTe-

Limiar Aeróbico – Intensidade que o metabolismo

aeróbico é predominante. [La+] = 2.0 mM

Limiar Anaeróbico – Intensidade que produção

remoção de lactato – 50 a 80% do VO2maxAnshel, 1991

Conceitos & TermosConsumo de O2 – Medida objetiva da CR, mantendo

o fluxo de sangue adequado a necessidade

metabólica. Relacionado a medida:

Fração O2 espirado Fração CO2 espirado

Volume de ar corrente

VO2 L.min-1 =

(1– FeO2 – FeCO2) / 0,7094 x (FiO2 – FeO2) x VE

Ventilação Minuto – Volume de ar movendo nos

pulmões

VE L.mim-1= 863.VCO2

PaCO2 x (1-Vd/Vt)

Vd/Vt = relação espaço morto e volume de arCosta, 2000

Conceitos & Termos

Ventilação

(VE) = frequência respiratória x volume corrente

(L/min) = FR x VC

Ventilação Alveolar

Normal

VA = 12 x (1,0 – 0,15 L)

= 12 x 0,85 = 10,5 L/min

Rápida e curta

VA = 60 x (0,2 – 0,15L)

= 60 x 0,05 = 3,0 L/min Roberts & Roberts, 2002


Pulmonar

Fatores neurais

• atividade automática dos neurônios inspiratórios

• influência inibitória dos neurônios expiratórios

• influência controladora dos neurônios cerebrais

Fatores humorais

• PO2 plasmática

quimiorreceptores na crossa da aorta e carótidas

• PCO2 plasmática e íons hidrogênio

estímulo de áreas inspiratórias no bulbo

Highlights Sistema Respiratório

Os mecanismos de regulação ventilatória são:

Centro Inspiratório – grupo apnêustica neural

quimiorreceptores periféricos

barorreceptores músculo ativo

músculos intercostais

diafragma

Centro Expiratório – grupo pneumotáxia neural

receptores pulmonares

músculos intercostais

músculos abdominaisCostill, 1994

Função é troca gasosa ambiente e corpo

Promover a regulação ácido – base no esforço

Ventilação regulada pressão intrapulmonar

Expiração é passiva

Vias aéreas promovem resistência no sistema

Ventilação é volume de ar em movimento

Quantidade de gás/min = VC x FR

Capacidade vital = Volume expirado máximo

Volume residual = gás interno nos pulmões

Gás realiza difusão pelo sangue-alvéolo

Taxa difusão relacionada a Lei de Fick


Lei de Fick

- volume de difusão proporcional a área de difusão (alvéolo) e diferença da pressão parcial dos gases pela membrana e inversamente proporcional a espessura da área da membrana


Sistema Respiratório-Ventilação

pulmonar

Símbolos:

• V - volume

• V – volume por unidade de tempo(minutos)

Ventilação pulmonar-movimento de ar para dentro e para fora

do pulmão por unidade de tempo:

V = VCxFRExemplo: homem de 75kg, VC(0.5L)xFR(15)=7,5litros/minuto

V no exercício máximo = 120-175L/min

FR = 40-50

VC = 3-3,5 l

•

•

•

Sistema Respiratório

Volumes e capacidades

Volumes pulmonares Definições

Volume correnteVolume inspirado ou expirado num ciclo

respiratório

Volume de reserva

inspiratória

Volume que pode ser inspirado no final da

inspiração

Volume de reserva

expiratória

Volume que pode ser expirado no final da

expiração

Volume residual Volume remanescente após expiração máxima

Circulação pulmonar é de baixa pressão com taxa de fluxo sanguíneo igual a circulação sistêmica

Posição ortostática fluxo sanguíneo está parte inferior dos pulmões

Hematose ótima depende da coordenação entre fluxo sanguíneo e ventilação (ventilação-perfusão)

Hemoglobina leva 99% do O2

Aumento da temperatura corporal e redução do pH leva a menor afinidade do O2 com a hemoglobina

CO2 é transportado em 3 formas:

- CO2 dissolvido (10%)

- CO2 + hemoglobina (20%)

- bicarbonato (HCO3-) (70%)



Sistema respiratório não é fator limitante em esforço submáximo

Pulmões não são limitadores em indivíduos jovens em alta intensidade.

Hipóxia em esforço representa incapacidade de suprimento de O2

Mudança na ventilação pulmonar está ligada ao aumento da [ ] de H+ no sangue (LV)

Ação dos quimiorreceptores periféricos e centrais de CO2, por da PCO2 e de pH

Fatores que interferem no VO2 são:

conteúdo do O2 fluxo sanguíneo ambiente

RELAÇÃO ENTRE ATIVIDADE FÍSICA & EPOC

20 min 50 min 80 min dif O2

30% VO2max

EPOC

50% VO2max

EPOC

70% VO2max

EPOC

1,0 L

3,7 %

6,1 L

3,4%

3,09 L

5,2 L

4,7 %

1,4 L

2,0 %

10,0 L

6,4 %

3,1 L

7 %

0,83 L

5,7 L

8,9 %

14,6 L

5,9 %

1,0 L

1,0 %

1,89 L

ATIVIDADE FÍSICA AERÓBICA & ANAERÓBICA

& RELAÇÃO COM O EPOC

42 min – 3 séries – 7 exercícios – 10 / 12 repetições

2 minutos repouso – 24 hs de intervalo

60 minutos aeróbico – 70% FCmáx – 24 hs de intervalo

4,7 %

Tempo repouso

Tax

a M

eta

bó

lic

a

Pressões Parciais dos Gases

Ar atm Ar úmido Ar alvéolo Ar expirado

N2 78,6% 74,0% 74,% 74,5%

O2 20,84% 19,67% 13,% 15,%

CO2 0,04% 0,04% 5,3% 3,6%

H2O 0,50% 6,20% 6,2% 6,20%

Highlights Sistema Respiratório As principais alterações no exercício são:

dispnéia

hiperventilação

manobra de valsalva

A regulação ácido-base ocorre por:

tamponamentos químicos ventilação pulmonar

função renal

BICARBONATO 18,0 buffer extra celular / CO2

HEMOGLOBINA 8,0

PROTEÍNAS 1,7

FOSFATOS 0,3 músculo e rim

mili-equivalentesCostill, 1994

Sistema Tampão Ácido-Base

Sistema Tampão Constituintes Ações

Bicarbonato Bicarbonato Sódio Ácido forte-fraco

(NaHCO3)

Ácido Carbônico Base forte-fraca

(H2CO3)

Fosfato Fosfato de Sódio Ácido forte-fraco

(Na2HPO4-)

2-3 DPG (difosfatoglicerol) - anaeróbico

Proteínas COO- íons H+

NH3 íons H+

Sistema Tampão Ácido-Base

BICARBONATO

HCl + NaHCO3 NaCl + H2CO3 H+ + HCO3-

ACIDOSE

CO2 + H2O H+ + HCO3-

ALCALOSE

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

Aumento da ventilação pulmonar produz exalação adicional de CO2, levando da PCO2 do sangue e [ ] de H+ ( pH)

No início do exercício submáximo a ventilação rapidamente, até valor estável. A PO2 e PCO2 são mantidas constantes

Exercício prolongado ambiente quente/úmido a ventilação aumenta pelo da temperatura corporal

Exercício progressivo resulta linear da VE até 70% do VO2max.

VE aumenta exponencialmente, chamado de limiar ventilatório


Critérios para a Prescrição

Limiar Ventilatórios

Bhambhani, 1985

Intensidade em que é uma mudança de VE

VT1 – mínimo valor alcançado de VE/VO2

VT2 – Mínimo valor alcançado de VE/VCO2

Platô de VO2

RER >1,15


Pulmonar

Powers, pg 192

Conceitos & TermosQuociente Respiratório – Relação entre CO2

produzido e consumo de O2

QR = VCO2 / VO2

QR repouso = 0,75 a 0,85

Pulso de Oxigênio – Índice de quantidade de O2

consumido em cada FC.min-1. Indicador da

eficiência

Rep = 4 a 6 mLO2/bpm Esf = 10 a 20 mLO2/bpm

Equivalente Ventilatório – Demanda ventilatória

para determinado VO2 e CO2 . Índice de eficiência

respiratória

Eq = VE/VO2 Eq = VE/CO2Costa, 2000

ERRO PADRÃO EM TESTES AERÓBICOS

HIGHLIGTHS

1 – morte em testes é raro – 1/10.000 testes

2 – morte e morbidade – 4/10.000 testes

ERRO PADRÃO

– 10,0% (H) e 14,0% (M) – teste aeróbico Astrand

-12,0% a 15,0% em testes de corrida

TESTES DIRETO VO2max Estimativa Erro Estimativa Erro Estimativa máximo sub-máximo médio

2 a 3% 5,0% 7,5% 10 - 12,5%

Posição ACSM - Prescrição TreinamentoAptidão Cardiorespiratória e Composição Corporal

The Recommended Quatify and Quality Exercise for Developing and Maintining Cardiorespiratory and

Muscular Fitness, and Flexibility in Healthy Adults - Med Sci Sports Exerc. 30(6): 975-9, 1998

55/65% a 90% FCmax ou

40/50% a 80% VO2 max R

FREQUÊNCIA

TIPO

DURAÇÃO

INTENSIDADE

3 a 5 dias / semana

20 a 60 minutos contínuo ou

acumulado (mínimo 10min)Grandes grupos musculares,

manter ritmo e aeróbica

Incremento do VO2

VO2 máximo

DC máximo df a-v O2

Pós - carga

x

Volume ejeção Capilar e

mitocôndria

Fluxo sangue

muscular

Ativ simpáticaPré - carga

Fatores Relacionados VE

Volume de Ejeção

Volume diastólico final(pré – carga)

Contrabilidade

Resistência periférica total(pós – carga)

Volume Plasmático

Volume VentricularTempo enchimento e

do retorno venoso

Relação entre FC e %VO2 - Esforço

%VO2 = (FC esforço – FC repouso)(FC máxima – FC repouso)

Exemplo: FC max = 200 FC rep = 60 FC esforço = 170

% VO2 = 170 – 60200 - 60 % VO2 = 110

140% VO2 = 0,78

% VO2 = 78%

Fatores que Contribuem para o EPOC

EPOC

Ressíntese de ATP e Pcr

Ciclo de Cori lactato/glicogênio

Oxidação de lactato

Restauração dos estoques de O2 nos músculos

Aumento da temperatura corporal

Atividade hormonal elevada - catecolaminas

Aumento FC e ventilação

Fukubay, Y. e col. Clinical Physiology, 20:165, 2000.

Excesso de consumo de O2 pós-exercício (EPOC)

McArdle, Katch & Katch, 1996

• Causas:

-ressíntese de ATP e CP- ressíntese de lactato (Ciclo de Cori) - restauração de O2

- efeito termogênico:- elevação temperatura corporal- hormônios

- alteração função fisiológica:- cardiovascular- pulmonar - muscular

Prescrição do Exercício

1- Orientação geral para atividade física

2- Determinar intensidade absoluta

3- Percepção subjetiva de esforço

4- Frequência cardíaca

5- % FC reserva ou FCmáx

6- % VO2máx

7- % lactato ou limiar ventilatório

PRINCÍPIOS DO TREINAMENTO FÍSICO

Princípio da conscientização

Princípio da individualidade biológica

Princípio da adaptação

Princípio da sobrecarga

Princípio da especificidade

Princípio da continuidade ou reversibilidade

Princípio da manutenção

Princípio da Transferência

Princípio da treinabilidade

Volume (variável quantitativa)

Quilometragem Percorrida

Número de Repetições

Duração do Treino

Número de Séries

Número de exercícios

Intensidade (variável qualitativa)

Quilagem utilizada

Velocidade

Ritmo

Amplitude dos Movimentos

Redução dos Intervalos

Freqüência Cardíaca

CARACTERIZAÇÃO DA SOBRECARGA

fisiologia respiratÓria

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