Fisiologia Do Sistema Respiratório

RESPIRAÇÃO MECÂNICA DA VENTILAÇÃO PULMONAR MÚSCULOS RESPONSÁVEIS PELA EXPANSÃO E CONTRAÇÃO PULMONARES Os pulmões podem sofrer expansão e retração por duas maneiras: (1) pelos movimentos do diafragma para baixo e para cima, a fim de aumentar ou diminuir a altura da cavidade torácica, e (2) pela elevação e abaixamento das costelas para aumentar e diminuir o diâmetro ântero-posterior da cavidade torácica. A Fig. 37.1 ilustra esses dois métodos. A respiração normal e tranqüila é efetuada quase inteiramente pelo primeiro desses dois métodos, isto é, pelo movimento do diafragma. Durante a inspiração, a contração do diafragma traciona as superfícies inferiores dos pulmões para baixo. A seguir, durante a expiração, o diafragma simplesmente se relaxa, e é a retração elástica dos pulmões, da parede torácica e das estruturas abdominais que comprime os pulmões. Todavia, durante a respiração intensa, as forças elásticas não são poderosas o suficiente para causar a expiração rápida necessária, de modo que a força adicional necessária é obtida principalmente pela contração dos músculos abdominais, que força o conteúdo abdominal para cima, contra a parte inferior do diafragma. O segundo método para expandir os pulmões é efetuado pela elevação da caixa torácica. Esse processo determina a expansão dos pulmões, visto que, na posição natural de repouso, as costelas estão voltadas para baixo, permitindo ao esterno inclinar-se para trás, em direção à coluna vertebral. Todavia, quando a caixa torácica é elevada, as costelas se projetam quase diretamente para frente, de modo que o esterno também passa a se mover para frente, afastando-se da coluna; em conseqüência, a espessura ântero-posterior do tórax passa a ser cerca de 20% maior durante a inspiração máxima do que durante a expiração. Por conseguinte, os músculos que elevam a caixa torácica podem ser classificados cm músculos da inspiração, enquanto os que abaixam a caixa torácica são conhecidos como músculos da expiração. Os músculos mais importantes que elevam a caixa torácica são os intercostais externos; entretanto, outros músculos que também participam do processo incluem: (1) os músculos esternodeidomastóides, que elevam o esterno; (2) os serráteis anteriores, que elevam muitas das costelas; e (3) os escalenos, que elevam as duas primeiras costelas. Os músculos que tracionam a caixa torácica para baixo durante a expiração são: (1) os retos abdominais, que têm o poderoso efeito de tracionar as costelas inferiores para baixo, ao mesmo tempo em que, juntamente com os outros músculos abdominais, comprimem o conteúdo abdominal para cima, contra o diafragma, e (2) os intercostais internos.

A Fig. 37.1 ilustra o mecanismo pelo qual os intercostais externos e internos atuam para produzir a inspiração e a expiração. À esquerda, as costelas, durante a expiração, formam um ângulo para baixo, e os intercostais externos estão alongados para frente e para baixo. Quando eles se contraem, puxam as costelas superiores para a frente em relação às costelas inferiores, causando um efeito de alavanca sobre as costelas, o que determina sua elevação, causando, assim, a inspiração. Os intercostais internos funcionam exatamente do modo oposto, atuando como músculos expiratórios, visto que formam um ângulo entre as costelas na direção oposta, causando o efeito oposto de alavanca. MOVIMENTO DE ENTRADA E DE SAÍDA DE AR DOS PULMÕES — AS PRESSÕES QUE O PRODUZEM O pulmão é uma estrutura elástica que sofre colapso à semelhança de um balão e expele todo seu ar pela traquéia toda vez que não houver uma força para mantê-lo insuflado. Além disso, não existe qualquer inserção entre o pulmão e a parede da caixa torácica, exceto no local em que é suspenso no hilo, do mediastino. Com efeito, o pulmão literalmente flutua na caixa torácica, circundado por uma camada muito delgada de líquido pleural, que lubrifica os movimentos dos pulmões no interior da cavidade. Além disso, o bombeamento contínuo desse líquido para os canais linfáticos mantém leve sucção entre a superfície visceral da pleura pulmonar e a superfície pleural parietal da cavidade torácica. Por conseguinte, os dois pulmões aderem à parede torácica como se estivessem colados, embora possam deslizar livremente, quando bem lubrificados, à medida que o tórax se expande e se retrai.

PRESSÃO PLEURA A pressão pleural refere-se à pressão existente no estreito espaço entre a pleura pulmonar e a pleura da parede torácica. Existe normalmente leve sucção, o que significa pressão ligeiramente negativa. No início da inspiração, a pressão pleural normal é de aproximadamente -5 cm de água, que é a quantidade de sucção necessária para manter os pulmões abertos em seu nível de repouso. PRESSÃO ALVEOLAR A pressão alveolar refere-se à pressão existente no interior dos alvéolos pulmonares. Quando a glote está aberta, e não ocorre fluxo de ar para dentro ou para fora dos pulmões, às pressões em todas as partes da árvore respiratória, ao longo dos alvéolos, são exatamente iguais à pressão atmosférica, considerada como 0 centímetro de água. Para provocar a entrada de ar durante a inspiração, a pressão nos alvéolos deve cair para um valor ligeiramente inferior à pressão atmosférica. O segundo painel da Fig. 37,2 ilustra a redução da pressão alveolar para cerca de menos 1 cm de água durante a inspiração normal. PRESSÃO TRANSPULMONAR A diferença de pressão entre a pressão alveolar e a pressão pleural. Trata-se da denominada pressão transpulmonar, que é a diferença de pressão entre os alvéolos e as superfícies externas dos pulmões. Na verdade, trata-se de uma medida das forças elásticas dos pulmões que tendem a ocasionar seu colapso a cada ponto da expansão, denominada pressão de retração. COMPLACÊNCIA DOS PULMÕES O grau de expansão dos pulmões em relação a cada unidade de aumento da pressão transpulmonar é denominado complacência. No adulto médio, a complacência total normal de ambos os pulmões é de aproximadamente 200 ml/cm de pressão de água. Em outras palavras, toda vez que a pressão transpulmonar aumenta por 1 cm de água, os pulmões sofrem expansão de 200 ml.

SURFACTANTE, TENSÃO SUPERFICIAL E COLAPSO DOS PULMÕES Princípio de tensão superficial. Quando a água forma uma superfície com o ar, as moléculas de água na superfície da água exercem entre si uma forte atração adicional. Como conseqüência, a superfície da água tende a contrair-se. E isso que mantém as gotas de chuva unidas; isto é, existe uma forte membrana contrátil de moléculas de água em torno de toda a superfície da gota de chuva. Vamos reverter esses princípios e ver o que acontece nas superfícies internas dos alvéolos e de outros espaços aéreos. Nessas regiões, a superfície da água também tende a contrair-se, mas, nesse caso, a superfície da água que reveste os alvéolos circunda o ar alveolar e tende sempre a contrair-se como um balão. Naturalmente, isso tem por efeito forçar o ar para fora dos alvéolos, pelos brônquios; nessa ação, provoca o colapso dos alvéolos (e de outros espaços aéreos nos pulmões). Como esse processo ocorre em todos os espaços aéreos dos pulmões, o efeito final consiste no desenvolvimento de força contrátil elástica em todo o pulmão, denominada força elástica de tensão superficial. Surfactante e seu efeito sobre a tensão superficial. O surfactante é um agente tensoativo, o que significa que, quando espalhado sobre a superfície de um líquido, ele reduz acentuadamente sua tensão superficial. É secretado por células epiteliais especiais secretoras de surfactante que compreendem cerca de 10% da área de superfície dos alvéolos. Essas células são de natureza granular, contendo inclusões lipídicas. São denominadas células epiteliais alveolares tipo II. O surfactante é uma mistura complexa de vários fosfolipídios, proteínas e íons. Os três componentes mais importantes são o fosfolipídio, apoproteínas surfactantes e íons cálcio. Esses componentes não se dissolvem no líquido; pelo contrário, espalham-se sobre sua superfície, visto que parte de cada molécula de fosfolipídio é hidrofílica e dissolve-se no revestimento de água dos alvéolos, enquanto a parte lipídica da molécula é hidrofóbica e orientada para o ar, formando uma superfície hidrofóbica lipídica exposta ao ar. A tensão superficial de diferentes líquidos aquosos é aproximadamente a seguinte: água pura, 70 cm; líquidos normais que revestem os alvéolos, porém sem surfactante, 50 cm; líquidos que revestem os alvéolos com surfactante, entre 5 e 30 cm. A pressão de colapso de alvéolos ocluídos devido à tensão superficial. Se as> passagens aéreas dos espaços aéreos dos pulmões estiverem bloqueadas, a tensão superficial que tende a causar colapso dos espaços irá criar uma pressão positiva nos alvéolos, tentando expulsar o ar. A quantidade de pressão gerada dessa maneira num espaço aéreo esférico Para o alvéolo de tamanho médio com raio com cerca de 100 /cm metros e revestido por surfactante normal, a pressão calculada é cerca de 4 cm de pressão de água (3 mm Hg). Todavia, se os alvéolos forem revestidos por água pura. Seria de cerca de 18 cm de pressão de água. Por conseguinte, constatamos a suma importância do surfactante na redução da quantidade de pressão transpulmonar necessária para manter os pulmões expandidos. COMPLACÊNCIA DO TÓRAX E DOS PULMÕES EM CONJUNTO A complacência de todo o sistema pulmonar (os pulmões e a caixa torácica juntos) é medida enquanto se expandem os pulmões de uma pessoa totalmente relaxada ou paralisada. Para isso, é introduzida uma pequena quantidade de ar nos pulmões de cada vez, enquanto são registradas as pressões, bem como os volumes pulmonares. Verificase que, para respirar com esse sistema pulmonar total, é necessária quase duas vezes mais pressão do que quando se respira após a remoção dos pulmões da caixa torácica.

Por conseguinte, a complacência do sistema pulmonar-torácico combinado é apenas ligeiramente maior que metade da complacência pulmonar isolada — 110 ml de volume por centímetro de água para o sistema combinado, em comparação com 200 ml/cm para os pulmões isolados. Além disso, quando os pulmões são expandidos e atingem volumes muito altos, ou então são comprimidos até volumes muito pequenos, as limitações do tórax tornam-se extremas; quando se chega próximo a esses limites, a complacência do sistema pulmonar-torácico combinado pode ser de apenas um quinto da dos pulmões isolados. TRABALHO DA RESPIRAÇÃO Durante a respiração tranqüila normal, a contração dos músculos respiratórios só ocorre durante a inspiração, enquanto a expiração é um processo totalmente passivo, ocasionado pela retração elástica dos pulmões e das estruturas da caixa torácica. Por conseguinte, os músculos respiratórios normalmente só "trabalham" para produzir a inspiração, e não para causar a expiração. O trabalho da inspiração pode ser dividido em três partes distintas: (1) trabalho da complacência, necessário para expandir os pulmões contra suas forças elásticas, denominado trabalho de complacência ou trabalho elástico, (2) trabalho da resistência tecidual, necessário para superar a viscosidade do pulmão e das estruturas da parede torácica, denominado trabalho de resistência tecidual; e (3) trabalho da resistência das vias aéreas, necessário para superar a resistência das vias aéreas durante o movimento de ar nos pulmões, denominado trabalho de resistência das vias aéreas. VOLUMES E CAPACIDADES PULMONARES REGISTRO DAS ALTERAÇÕES NO VOLUME PULMONAR - ESPIROMETRIA Um método simples para estudar a ventilação pulmonar consiste em registrar o volume de ar que se movimenta para dentro e para fora dos pulmões, sendo o processo denominado espirometria. A Figura mostra um espirômetro típico. Consiste num tambor invertido sobre uma câmara de água, estando o tambor contrabalançado por um peso. No tambor, existe uma mistura de gases respiratórios, geralmente ar ou oxigênio; um tubo conecta a boca do indivíduo com a câmara de gás. Ao respirar para dentro e para fora da câmara, o tambor se eleva e cai, e é feito o registro apropriado sobre uma folha de papel em movimento.

VOLUMES PULMONARES 1. A capacidade inspiratória é igual ao volume corrente mais o volume de reserva inspiratória. É a quantidade de ar (3.500 mililitros) que uma pessoa pode respirar, começando num nível expiratório normal e distendendo os pulmões a uma quantidade máxima; 2. A capacidade residual funcional é igual ao volume de reserva expiratória mais o volume residual. É a quantidade de ar que permanece nos pulmões no final de uma expiração normal (2.300 mililitros); 3. A capacidade vital é igual ao volume de reserva inspiratória mais o volume corrente mais o volume de reserva expiratória. É a quantidade máxima de ar que uma pessoa pode expelir dos pulmões após primeiramente enchê-los à sua extensão máxima e então expirar também à sua extensão máxima (4.600 mililitros); 4. A capacidade pulmonar total é o volume máximo que os pulmões podem ser expandidos com o maior esforço (5.800 mililitros) é igual à capacidade vital mais o volume residual. Todas as mulheres possuem cerca de 20 a 25% a menos do que os homens nos volumes e capacidades pulmonares. O espirograma, mostrando as alterações do volume pulmonar em diferentes condições de respiração. Para facilitar a descrição dos eventos da ventilação pulmonar, o ar nos pulmões foi subdividido, em diferentes pontos desse diagrama, em quatro volumes e quatro capacidades diferentes.

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS PARA A FUNÇÃO PULMONAR VC volume corrente CI capa cidade inspiratória CRF capacidade residual funcional VRI volume de reserva inspiratório VRE volume de reserva expira tório CPT capacidade pulmonar total VR volume residual CV capacidade vital VENTILAÇÃO ALVEOLAR A importância final do sistema ventilatório pulmonar consiste em renovar continuamente o ar nas áreas de troca gasosa dos pulmões, onde o ar fica em íntima proximidade com o sangue pulmonar. Essas áreas incluem os alvéolos, os sacos alveolares, os dutos alveolares e os bronquíolos respiratórios. A intensidade com que o ar novo alcança essas áreas é denominada ventilação alveolar. porém, durante a respiração tranqüila normal, o volume de ar no ar corrente é suficiente apenas para encher as vias respiratórias até os bronquíolos terminais, e apenas parte muito pequena do ar inspirado flui realmente até o interior dos alvéolos. o ar novo percorre esta última e curta distância dos bronquíolos terminais até o interior dos alvéolos por difusão. A difusão é causada pelo movimento cinético das moléculas, cm que cada molécula de gás se movimenta com alta velocidade entre as outras moléculas. Felizmente, a velocidade do movimento das moléculas no ar respiratório é tão grande e as distâncias tão curtas entre os bronquíolos terminais e os alvéolos que os gases percorrem essa distância em apenas uma fração de segundo. O REVESTIMENTO MUCOSO DAS VIAS RESPIRATÓRIAS E A AÇÃO DOS CÍLIOS NA LIMPEZA DAS VIAS AÉREAS Todas as vias respiratórias, desde o nariz até os bronquíolos terminais, são mantidas úmidas por uma camada de muco que reveste toda a superfície. Esse muco é secretado, em parte, por células caliciformes isoladas presentes no revestimento epitelial das vias aéreas e, em parte, por pequenas glândulas submucosas. Além de umedecer as superfícies. O muco também retira pequenas partículas do ar inspirado e impede que a maioria alcance os alvéolos. O próprio muco é removido das vias aéreas da seguinte maneira. REFLEXO DA TOSSE Os brônquios e a traquéia são tão sensíveis ao toque leve que a presença de quantidades excessivas de qualquer substância estranha ou qualquer outra causa de irritação desencadeiam o reflexo da tosse. A laringe e a carina (o ponto onde a traquéia se divide nos brônquios) são particularmente sensíveis, e os bronquíolos terminais e, até mesmo, os alvéolos são muito sensíveis a estímulos químicos corrosivos, como dióxido de enxofre e cloro. Os impulsos aferentes provenientes das vias respiratórias passam principalmente pelos nervos vagos e dirigem-se para o bulbo. Aí é desencadeada uma seqüência automática de eventos pelos circuitos neuronais do bulbo, causando os efeitos que se seguem. Primeiro, cerca de 2,5 1 de ar são inspirados. Segundo, a epiglote se fecha, e as cordas vocais se cerram fortemente para aprisionar o ar no interior dos pulmões. Terceiro, os músculos abdominais se contraem fortemente, empurrando o diafragma para cima, enquanto outros músculos expiratórios, como os intercostais internos, também se contraem intensamente. Como conseqüência, a pressão nos pulmões eleva-se para 100 mm Hg ou mais. Quarto, as cordas vocais e a epiglote se abrem subitamente, de modo que o ar contido sob pressão nos pulmões explode para o exterior. Com efeito, esse ar é algumas vezes expelido com velocidades de até 120 a

160 km por hora. Além disso, outro aspecto muito importante é que a forte compressão dos pulmões também causa colapso dos brônquios e da traquéia, fazendo com que as partes não-cartilagínosas se invaginem para o lúmen, de modo que o ar expelido passa, na realidade, através de fendas brônquicas e traqueais. O ar, em movimento rápido, geralmente carrega consigo qualquer corpo estranho que esteja presente nos brônquios ou na traquéia. REFLEXO DO ESPIRRO O reflexo do espirro assemelha-se muito ao da tosse, exceto que ele se aplica às vias nasais, e não às vias aéreas inferiores. O estímulo que desencadeia o reflexo do espirro é a irritação das vias nasais; os impulsos aferentes passam pelo quinto par e dirigem-se para o bulbo, onde o reflexo se inicia. Ocorre uma série de reações semelhantes às observadas no reflexo da tosse; entretanto, a úvula é deprimida, de modo que grandes quantidades de ar passam rapidamente pelo nariz, ajudando, assim, a limpar as vias nasais, eliminando os materiais estranhos. FUNÇÕES RESPIRATÓRIAS DO NARIZ À medida que o ar passa pelo nariz, três funções distintas são efetuadas pelas cavidades nasais: (1) O ar é aquecido pelas superfícies extensas das conchas e do septo, com área total de cerca de 160 cm2. (2) O ar é quase totalmente umidificado, até mesmo antes de transpor o nariz. (3) O ar é filtrado. Todas essas funções reunidas recebem a designação de função condicionadora do ar das vias aéreas respiratórias superiores. Em geral, a temperatura do ar inspirado eleva-se por 0,5ºC em relação à temperatura corporal e de 2 a 3% da saturação plena com vapor de água antes de atingir a traquéia. Quando a pessoa respira ar através de um tubo diretamente para a traquéia (como se fosse através de traqueostomia), o efeito de esfriamento e, sobretudo, de ressecamento no pulmão pode resultar em formação de crostas e infecção pulmonar. Bibliografia Tratado de Fisiologia Médica, Nona Edição, 1999 - Guyton/Hall

Material resumido por Ualisson M. Santos – contato :