Sistema Respiratório

Ventilação Pulmonar

Nossas células necessitam, enquanto vivas e desempenhando suas funções, de um suprimento contínuo de oxigênio para que, num processo químico de respiração celular, possam gerar a energia necessária para seu perfeito funcionamento e produção de trabalho.

Da mesma forma que um motor de automóvel necessita, para produzir seu trabalho mecânico, além da fonte de energia orgânica fornecida pelo combustível (gasolina, álcool ou diesel), de fornecimento constante de oxigênio; da mesma forma que uma chama num palito de fósforo, para permanecer acesa necessita, além da matéria orgânica presente na madeira do palito, também de oxigênio, nossas células também, para manterem seu perfeito funcionamento necessitam, além da fonte de energia proporcionada pelos diversos alimentos, de um fornecimento constante de oxigênio.

O oxigênio existe em abundância em nossa atmosfera. E para captá-lo necessitamos de nosso aparelho respiratório. Através deste, parte do oxigênio da atmosfera se difunde através de uma membrana respiratória e atinge a nossa corrente sanguínea, é transportado pelo nosso sangue e levado às diversas células presentes nos diversos tecidos. As células, após utilizarem o oxigênio, liberam gás carbônico que, após ser transportado pela mesma corrente sanguínea, é eliminado na atmosfera também pelo mesmo aparelho respiratório.

Para que seja possível uma adequada difusão de gases através da membrana respiratória, oxigênio passando do interior dos alvéolos para o sangue presente nos capilares pulmonares e o gás carbônico se difundindo em sentido contrário, é necessário um processo constante de ventilação pulmonar.

A ventilação pulmonar consiste numa renovação contínua do ar presente no interior dos alvéolos. Para que isso ocorra é necessário que, durante o tempo todo, ocorram movimentos que proporcionem insuflação e desinsuflação de todos ou quase todos os alvéolos. Isso provoca, no interior dos alvéolos, uma pressão ligeiramente, ora mais negativa, ora mais positiva do que aquela presente na atmosfera.

Durante a inspiração, devido a uma pressão intra-alveolar de aproximadamente 3 mmHg. mais negativa do que a atmosférica, uma certa quantidade de ar atmosférico é inalado pelo aparelho respiratório; durante a expiração, devido a uma pressão intra-alveolar de aproximadamente 3 mmHg. mais positiva do que a atmosférica, a mesma quantidade de ar é devolvida para a atmosfera.

Para que possamos insuflar e desinsuflar nossos alvéolos, devemos inflar e desinflar nossos pulmões. Isso é possível através de movimentos que acarretem aumento e redução do volume no interior da nossa caixa torácica, onde nossos pulmões estão localizados.

Podemos expandir o volume de nossa caixa torácica levantando nossas costelas e contraindo o nosso músculo diafragma. Para retrairmos o volume da caixa torácica fazemos exatamente o contrário: rebaixamos nossas costelas enquanto relaxamos o nosso diafragma.

Portanto temos diversos músculos que nos são bastante importantes durante nossa respiração:

Músculos utilizados na inspiração: diafragma, esternocleidomastoideos, intercostais externos, escalenos, serráteis anteriores.

Músculos utilizados na expiração: intercostais internos, retos abdominais e demais músculos localizados na parede anterior do abdômen.

Ilustração

Durante a inspiração e durante a expiração, o ar passa por diversos e diferentes segmentos que fazem parte do aparelho respiratório:

Nariz: É o primeiro segmento por onde, de preferência, passa o ar durante a inspiração. Ao passar pelo nariz, o ar é filtrado, umidificado e aquecido. Na impossibilidade eventual da passagem do ar pelo nariz, tal passagem pode acontecer por um atalho, a boca. Mas infelizmente, quando isso acontece, o ar não sofre as importantes modificações descritas acima.
Faringe: Após a passagem pelo nariz, antes de atingir a laringe, o ar deve passar pela faringe, segmento que também serve de passagem para os alimentos.
Laringe: Normalmente permite apenas a passagem de ar. Durante a deglutição de algum alimento, uma pequena membrana (epigloge) obstrui a abertura da laringe, o que dificulta a passagem fragmentos que não sejam ar para as vias respiratórias inferiores. Na laringe localizam-se também as cordas vocais, responsáveis para produção de nossa voz.
Traquéia: Pequeno tubo cartilaginoso que liga as vias respiratórias superiores às inferiores, logo abaixo.
Brônquios: São numerosos e ramificam-se também numerosamente, como galhos de árvore. Permitem a passagem do ar em direção aos alvéolos.
Bronquíolos: Mais delgados, estão entre os brônquios e os sacos alveolares, de onde saem os alvéolos.

Por toda a mucosa respiratória, desde o nariz até os bronquíolos, existem numerosas células ciliadas, com cílios móveis, e grande produção de muco. Tudo isso ajuda bastante na constante limpeza do ar que flui através das vias respiratórias.

Os alvéolos apresentam uma certa tendência ao colabamento. Tal colabamento somente não ocorre normalmente devido à pressão mais negativa presente no espaço pleulra, o que força os pulmões a se manterem expandidos. O grande fator responsável pela tendência de colabamento dos alvéolos é um fenômeno chamado Tensão Superficial. A Tensão Superficial ocorre no interior dos alvéolos devido a grande quantidade de moléculas de água ali presente e revestindo, inclusive, toda a parede interna dos alvéolos. A Tensão Superficial no interior dos alvéolos certamente seria bem maior do que já o é se não fosse a presença, nos líquidos que revestem os alvéolos, de uma substância chamada surfactante pulmonar. O surfactante pulmonar é formado basicamente de fosfolipídeos (dipalmitoil lecitina) por células presentes no epitélio alveolar. A grande importância do surfactante pulmonar é sua capacidade de reduzir significativamente a tensão superficial dos líquidos que revestem o interior dos aléolos e demais vias respiratórias.

Volumes e Capacidades Pulmonares

A cada ciclo respiratório que executamos, um certo volume de ar entra e sai de nossas vias respiratórias durante uma inspiração e uma expiração, respectivamente. Em uma situação de repouso, em um jovem e saudável adulto, aproximadamente 500 ml de ar entram e saem a cada ciclo. Este volume de ar, que inspiramos e expiramos normalmente a cada ciclo, corresponde ao que chamamos de Volume Corrente.

Além do volume corrente, inspirado em uma respiração normal, numa situação de necessidade podemos inspirar um volume muitas vezes maior, numa inspiração forçada e profunda. Tal volume é chamado de Volume de Reserva Inspiratório e corresponde a, aproximadamente, 3.000 ml de ar num jovem e saldável adulto.

Da mesma forma, se desejarmos, podemos expirar profundamente, além do volume que normalmente expiramos em repouso, um maior volume de ar que é denominado Volume de Reserva Expiratório e corresponde a, aproximadamente, 1.100 ml.

Mesmo após uma expiração profunda, um considerável volume de ar ainda permanece no interior de nossas vias aéreas e de nossos alvéolos. Trata-se do Volume Residual, de aproximadamente 1.200 ml.

O Volume de Reserva Inspiratório somado ao Volume Corrente corresponde ao que chamamos de Capacidade Inspiratória (aprox. 3.500 ml).

O Volume de Reserva Expiratório somado ao Volume Residual corresponde ao que chamamos de Capacidade Residual Funcional (aprox. 2.300 ml).

O Volume de Reserva Inspiratório somado ao Volume Corrente mais o Volume de Reserva Expiratório corresponde à Capacidade Vital (aprox. 4.600 ml).

Finalmente, a soma dos Volumes Corrente, de Reserva Inspiratório, de Reserva Expiratório mais o Volume Residual, corresponde à nossa Capacidade Pulmonar Total (aprox. 5.800 ml).

Se multiplicarmos o volume de ar inspirado e expirado normalmente pela frequência respiratória (número de ciclos respiratórios a cada minuto), obteremos o volume de ar inspirado e expirado durante 1 minuto: Tal volume é conhecido como Volume Minuto Respiratório (aprox. 6.000 ml/min):
Volume Minuto Respiratório = Volume Corrente.Frequência Respiratória

Se subtrairmos o Volume Corrente daquele volume que permanece no interior de nosso espaço morto anatômico-fisiológico (aprox. 150 ml), obteremos o noso Volume Alveolar (350 ml):
Volume Alveolar = Volume Corrente - Volume do Espaço Morto

O Volume Alveolar multiplicado pela frequência respiratória nos traz um valor que é conhecido como Ventilação Alveolar (4.200 ml/min):
Ventilação Alveolar = (Vol. Corrente - Vol. espaço morto). req. Respiratória
 
Trocas Gasosas

O ar atmosférico, que respiramos, é composto basicamente dos seguintes elementos: Nitrogênio, Oxigênio, Gás Carbônico e Água.

Quando o inalamos, conforme o ar vai passando através de nossas vias respiratórias, durante a inspiração, sofre algumas modificações quanto às proporções de seus elementos básicos, pois ocorre uma signifiativa umidificação do ar e este se mistura com um outro ar muito mais rico em dióxido de carbono, que se difunde constantemente do sangue dos capilares pulmonares para o interior dos alvéolos.

O sangue venoso bombeado pelo ventrículo direito chega aos pulmões e flui pelos capilares pulmonares com pressões parciais de oxigênio e gás carbônico, respectivamente, de 40 mmHg. e 45 mmHg.

Na medida em que este sangue venoso flui pelos capilares pulmonares o oxigênio, em maior pressão no interior dos alvéolos (104 mmHg.) do que no sangue (40 mmHg.) se difunde do ar alveolar para o sangue. Já o gás carbônio, em maior pressão no sangue venoso (45 mmHg.) do que no ar alveolar (40 mmHg.), difunde-se em sentido contrário.

Desta forma o sangue, após circular pelos capilares pulmonares, retorna ao coração (átrio esquerdo) através das veias pulmonares, com pressões parciais de oxigênio e gás carbônico de, respectivamente, 95 mmHg. e 40 mmHg.

O coração então, através do ventrículo esquerdo, ejeta este sangue para a circulação sistêmica. Através desta o sangue fluirá por uma riquíssima rede de capilares teciduais. Ao passar por tecidos que se encontram com baixa concentração de oxigênio, este se difunde do sangue para os tecidos e depois para as células, que o consomem constantemente. Em troca, estas mesmas células fornecem o gás carbônico que, em maior concentração no interior destas células e nos tecidos do que no sangue, difundem-se em sentido contrário, isto é, das células para os tecidos e destes para o sangue.

O sangue retorna, então, novamente para o coração (átrio direito), pobre em oxigênio e mais rico em gás carbônico. O coração novamente o ejeta à circulação pulmonar e tudo se repete.

Transporte Dos Gases No Sangue:

Quase todo o oxigênio é transportado, no sangue, ligado à hemoglobina, presente em grande quantidade no interior das hemácias.

Já o gás carbônico, apenas 23% é transportado ligado à hemoglobina (carbamino-hemoglobina). Cerca de 7% é transportado livre, dissolvido no plasma e, os 70% restantes, na forma de bicarbonato. Para se transformar em bicarbonato, inicialmente o gás carbônico se difunde para o interior da hemácia. Em seguida reage com água lá presente e, graças a uma enzima chamada anidrase carbônica, forma ácido carbônico. O ácido carbônico rapidamente se dissocia em hidrogênio livre mais íon bicarbonato. Este sai da hemácia ao mesmo tempo em que o íon cloreto entra, e segue transportado no plasma.

Regulação da Respiração

Durante uma situação de repouso inspiramos e expiramos aproximadamente 500 ml de ar a cada ciclo. Em repouso executamos aproximadamente 12 ciclos a cada minuto. Portanto, aproximadamente 6.000 ml de ar entram e saem de nossas vias aéreas durante 1 minuto.

Quando executamos uma atividade física aumentada, nossas células produzem uma quantidade bem maior de gás carbônico e consomem também quantidade bem maior de oxigênio. Por isso devemos aumentar também bastante nossa ventilação pulmonar pois, caso isso não ocorra, teremos no nosso sangue uma situação de hipercapnia e hipóxia. Tanto a hipercapnia quanto a hipóxia podem nos levar a um estado de acidose. A acidose, se não tratada, pode nos levar a um estado de coma e, posteriormente, à morte.

Tudo isso normalmente é evitado graças a um mecanismo automático que regula, a cada momento, nossa respiração, de acordo com a nossa necessidade a cada instante.

No tronco cerebral, na base do cérebro, possuimos um conjunto de neurônios encarregados de controlar a cada instante a nossa respiração: Trata-se do Centro Respiratório.

O Centro Respiratório é dividido em várias áreas ou zonas com funções específicas cada uma:

Zona Inspiratória:

É a zona responsável por nossa inspiração. Apresenta células auto-excitáveis que, a cada 5 segundos aproximadamente, se excitam e fazem com que, durante aproximadamente 2 segundos nos inspiremos. A partir desta zona parte um conjunto de fibras (via inspiratória) que descem através da medula e se dirigem a diversos neurônios motores responsáveis pelo controle dos nossos diversos músculos da inspiração.

Zona Expiratória:

Quando ativada, emite impulsos que descem através de uma via expiratória e que se dirigem a diversos neurônios motores responsáveis pelos nossos músculos da expiração. Através de um mecanismo de inibição recíproca, quando esta zona entra em atividade, a zona inspiratória entra em repouso, e vice-versa. Durante uma respiração em repouso a zona expiratória permanece constantemente em repouso, mesmo durante a expiração. Acontece que, em repouso, não necessitamos utilizar nossos músculos da expiração, apenas relaxamos os músculos da inspiração e a expiração acontece passivamente.

Zona  Pneumotáxica:

Constantemente em atividade, tem como função principal inibir (ou limitar) a inspiração. Emite impulsos inibitórios à zona inspiratória e, dessa forma, limita a duração da inspiração. Portanto, quando em atividade aumentada, a inspiração torna-se mais curta e a frequência respiratória, consequentemente, aumenta.

Zona Quimiossensível:

Situada entre as zonas inspiratória e expiratória, controla a atividade de ambas. Quanto maior a atividade da zona quimiossensível, maior será a ventilação pulmonar. Esta zona aumenta sua atividade especialmente quando certas alterações gasométricas ocorrem: Aumento de Gás Carbônico, Aumento de íons Hidrogênio livres (redução de pH) e, em menor grau, redução de Oxigênio.

O fator que provoca maior excitação na zona quimiossensível, na verdade, é o aumento na concentração de íons Hidrogênio livres no meio, isto é, uma situação de acidose.

Mas acontece que, na prática, verificamos que um aumento de gás carbônico no sangue (hipercapnia) provoca muito mais o aumento na atividade da zona quimiossensível do que um aumento na concentração de Hidrogênio em igual proporção no sangue. Isso ocorre porque o gás carbônico apresenta uma solubilidade muitas vezes maior do que a do hidrogênio e, com isso, atravessa a membrana das células nervosas com muito mais facilidade. No interior das células da zona quimiossensível, o gás carbônico reage com a água lá presente e, graças à enzima anidrase carbônica, rapidamente forma ácido carbônico. Este, então, se dissocia formando íon bicarbonato + íon Hidrogênio livre, sendo este último exatamente o que mais excita a zona quimiossensível.

A hipóxia também excita a zona quimiossensível, mas de uma outra maneira bem diferente: Na croça da aorta e nos seios carotídeos existem receptores muito sensíveis a uma queda na concentração de oxigênio no sangue: os quimioceptores (aórticos e carotídeos). Quando a concentração de oxigênio no sangue se torna mais baixo do que a desejável, estes receptores se excitam mais intensamente e enviam sinais à zona quimiossensível aumentando a excitabilidade desta e, com isso, aumentando a ventilação pulmonar.

Efeitos da Atividade Física na Ventilação Pulmonar

Um aumento da atividade física também provoca aumento na ventilação pulmonar de outras formas:

Impulsos provenientes da área motora cortical, responsável pelo comando consciente de nossa atividade motora, ao se dirigirem para baixo, em direção à medula, passam pelo tronco cerebral (além de outras áreas) e fazem conecções com alguns neurônios desta região. Isso pode provocar aumento na ventilação pulmonar, muitas vezes mesmo antes que as alterações gasométricas (hipercapnia, hipóxia ou acidose) aconteçam.

Movimentos passivos também podem aumentar a ventilação pulmonar: Na profundidade de nossos músculos esqueléticos, nos tendões e mesmo no interior de muitas das nossas cápsulas articulares, possuímos receptores que se excitam a cada movimento dessas estruturas. Ao se excitarem, enviam impulsos que se dirigem à medula e também, muitas vezes, ao encéfalo, passando pelo tronco cerebral e fazendo conexões com neurônios do Centro Respiratório.


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