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Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 1 VENTILAÇÃO - A troca da massa de ar entre a atmosfera e os alvéolos é a ventilação. Um ciclo respiratório é em uma inspiração seguida por uma expiração; - A função pulmonar de uma pessoa é avaliada medindo o quanto de ar que ela move durante a ventilação em repouso, e depois em esforço máximo. O instrumento usado é o espirômetro; MECÂNICA - A ventilação é um processo ativo que requer contração muscular. O ar flui para dentro dos pulmões devido ao gradiente de pressão criado por uma bomba (músculos da caixa torácica e o diafragma), como no fluxo sanguíneo. Quando esses músculos se contraem, os pulmões expandem, uma vez que estão presos à parede interna do tórax pelo líquido pleural; - O fluxo de ar no trato respiratório obedece às mesmas regras do fluxo sanguíneo: - Esta equação significa que o fluxo de ar ocorre em resposta a um gradiente de pressão (∆P) e o fluxo diminui quando a resistência (R) ao fluxo aumenta; MÚSCULOS - Os músculos primários envolvidos na respiração espontânea (respiração em repouso), são: o Diafragma; o Intercostais externos; o Escalenos; - Na respiração forçada, outros músculos do tórax e abdome podem ser requisitados. Ex: exercícios, instrumento de sopro e soprar um balão; Respiração tranquila x Respiração forçada - A respiração tranquila/normal é quase inteiramente realizada pelo diafragma, que puxa a parte inferior dos pulmões para baixo na inspiração e, ao relaxar, na expiração, faz a retração elástica dos pulmões, da parede torácica e das estruturas abdominais comprimirem os pulmões e expelirem o ar; - Na respiração vigorosa, as forças elásticas não são suficientes para produzir a rápida expiração, e a força extra obtida vem da contração da musculatura abdominal, que empurra o conteúdo abdominal para cima (Guyton); - A expiração ativa usa os músculos intercostais internos e os músculos abdominais (músculos expiratórios); MOVIMENTOS DA VENTILAÇÃO INSPIRAÇÃO - Para que o ar possa ir para dentro dos alvéolos, a pressão pulmonar deve ser menor que a pressão atmosférica; - Segundo a Lei de Boyle (V1.P1 = V2.P2), um aumento no volume gera uma diminuição da pressão. Na inspiração, o volume torácico aumenta quando os músculos da caixa torácica e o diafragma contraem; - Quando o diafragma contrai, ele desce em direção ao abdome. Na respiração tranquila, o diafragma se move cerca de 1,5 cm, ↑ o volume torácico. A contração do diafragma faz 60-75% da modificação do volume inspiratório durante uma respiração espontânea normal; - O movimento da caixa torácica cria os 25-40% restantes da modificação do volume. Na inspiração, os músculos intercostais externos e escalenos contraem e empurram as costelas para cima e para fora (como uma alavanca). ↑ as dimensões anteroposterior e lateral da caixa torácica; À medida que o volume torácico aumenta, a pressão diminui, e o ar flui para dentro dos pulmões. Escaleno: pensava-se que a respiração espontânea ou basal era feita apenas pelo diafragma e intercostais externos, e que o escaleno e esternocleidomastóideo eram ativos só na respiração profunda. Se os escalenos de uma pessoa estão paralisados, a inspiração ocorre pelo diafragma, que apesar de ir para baixo e aumentar o volume da caixa torácica, também puxa as costelas inferiores para dentro, sendo contra a inspiração. Em indivíduos normais, as costelas inferiores se movem para cima e para fora, não para dentro. Devido não ter movimento para cima e para fora das costelas em pacientes com os escalenos paralisados, deduz-se que os escalenos contribuem para a inspiração, levantando o esterno e as costelas superiores; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 2 Intercostais externos: importante papel na respiração basal, mas também quando a atividade respiratória aumenta; OBS: Como a contribuição dos intercostais externos e dos escalenos varia de acordo com o tipo de respiração, chama- se esse grupo de músculos inspiratórios; ALTERAÇÕES NA PRESSÃO ALVEOLAR - Patm = 0 mmHg; Tempo 0 – Na pausa entre os ciclos ventilatórios, a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica (0 mmHg no A1). Quando as pressões são iguais, não há fluxo de ar; Tempo 0 a 2 seg – Quando a inspiração começa, os músculos inspiratórios contraem, e ↑ o volume da caixa torácica, ↓ a pressão alveolar cerca de 1 mmHg (-1 mmHg no A2), e o ar flui para os alvéolos. *A mudança do volume torácico ocorre mais rápido do que a velocidade do ar fluindo para dentro dos pulmões, e, assim, a pressão alveolar atinge o seu valor mais baixo no meio da inspiração (ponto A2); - Como o ar continua a fluir para dentro dos alvéolos, a pressão aumenta até a caixa torácica parar de se expandir, logo antes do fim da inspiração. O movimento do ar continua por mais uma fração de segundo, até a pressão dos pulmões se igualar a Patm (A3); - No fim da inspiração, o volume pulmonar é máximo (ponto C2), e a pressão alveolar é igual a Patm; EXPIRAÇÃO - No fim da inspiração, os impulsos dos neurônios motores somáticos para os músculos inspiratórios cessas, fazendo-os relaxar. A retração elástica dos pulmões e da caixa torácica faz o diafragma e as costelas voltarem para suas posições originais relaxadas; - Devido a expiração na ventilação em repouso envolver a retração elástica passiva, em vez da contração muscular ativa, ela é chamada de expiração passiva; Tempo 2 a 4 seg – Como os volumes pulmonares e torácicos diminuem na expiração, a pressão de ar nos pulmões aumenta cerca de 1 mmHg acima da Patm (A4), fazendo o fluxo de ar se inverter e ir para fora dos pulmões; Tempo 4 seg – No final da expiração, o movimento de ar cessa quando a pressão alveolar se iguala de novo com a Patm (A5). O volume pulmonar atinge o valor mínimo dentro do ciclo respiratório (C3). Nesse ponto, o ciclo terminou e vai recomeçar na próxima ventilação; - As diferenças de pressão se aplicam à ventilação em repouso (basal). No exercício ou na respiração forçada, o (volume pulmonar mínimo?) é maior. A expiração ativa ocorre na exalação voluntária e quando a ventilação excede 30-40 ciclos ventilatórios por minuto*, além de usar os músculos intercostais internos e os músculos abdominais (músculos expiratórios); *A taxa de ventilação normal em repouso é de 12 a 20 ciclos ventilatórios por minuto para um adulto; Músculos intercostais internos: revestem a superfície interna da caixa torácica. Quando contraem, puxam as costelas para dentro, ↓ o volume da caixa torácica; - Os intercostais internos e externos são antagonistas, a fim de alterar a posição e o volume da caixa torácica durante a ventilação. Já o diafragma não possui músculos antagonistas; Músculos abdominais contraem na expiração ativa para suplementar a atividade dos intercostais internos. A contração abdominal puxa as costelas inferiores para dentro, ↓ o volume abdominal, e deslocando o intestino e o fígado para cima, que consequentemente empurram o diafragma para cima, diminuindo passivamente o volume do tórax ainda mais; OBS: por isso deve-se soprar o ar para fora quando levanta a cabeça e os ombros nos exercícios abdominais, pois o processo ativo de expiração ajuda a contrair os músculos abdominais; OBS 2: qualquer doença neuromuscular que enfraqueça os músculos esqueléticos ou lesione os neurônios motores pode afetar a ventilação. Ademais, a perda da capacidade de tossir aumenta o risco de pneumonia e outras infecções. Ex: miastenia gravis (os receptores de ACh das placas motoras Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 3 dos músculos esqueléticos são destruídos), e a poliomielite (doença viral que paralisa os músculos esqueléticos); PRESSÕES - A ventilação requer que os pulmões, que não podem se contrair ou expandir por conta própria, movam-se junto com acontração e o relaxamento do tórax; - A superfície dos pulmões coberta pela pleura visceral. Já o revestimento da cavidade torácica é a pleura parietal; - No pulmão normal em repouso, as forças de coesão do líquido intrapleural promovem a adesão dos pulmões à caixa torácica; - Os pulmões possuem uma propriedade elástica, ou seja, eles têm uma tendência a se retrair e ao colapso. No entanto, a parede torácica também tem uma retração elástica no sentido oposto. Assim, elas ficam em equilíbrio; PRESSÃO INTRAPLEURAL SUBATMOSFÉRICA - A pressão intrapleural no fluido entre as pleuras é, normalmente, subatmosférica; - Essa pressão surge no desenvolvimento fetal, quando a caixa torácica com sua pleura (pleura parietal) cresce mais rápido que o pulmão e sua pleura (pleura visceral); - As duas pleuras ficam unidas pelo líquido pleural (devido ao “vácuo” criado pela constante sucção desse líquido pelo sistema linfático), de modo que os pulmões são forçados a se estirarem, para se adaptarem ao maior volume da caixa torácica. Ao mesmo tempo, a retração elástica dos pulmões cria uma força para dentro, puxando os pulmões para longe da caixa torácica. A combinação dessas forças cria uma pressão intrapleural subatmosférica de – 3 mmHg; PNEUMOTÓRAX - O pneumotórax resulta de um colapso pulmonar, que o torna incapaz de funcionar normalmente. Ocorre quando é feita uma abertura entre a cavidade pleural e a atmosfera, devido a um trauma (ferimento com faca ou costela quebrada perfurando a cavidade pleural), mas também pode ser espontâneo (quando uma vesícula congênita, parte enfraquecida do parênquima pulmonar, rompe-se, permitindo que o ar entre do pulmão para a cavidade pleural); - Como o ar se move para dos locais de maior pressão para os de menor pressão, a pressão subatmosférica intrapleural faz o ar fluir da atmosfera para dentro da cavidade; - O ar que entra desfaz as interações do líquido que mantém os pulmões aderidos à caixa torácica. Assim, quando a parede torácica expande, os pulmões elásticos colapsam para um estado não estirado; Correção do pneumotórax – envolve dois componentes: 1) remover o máximo de ar possível da cavidade pleural com uma bomba de sucção; 2) fechar o orifício para impedir que mais ar entre. Se sobrar ar remanescente na cavidade, ele é gradualmente absorvido para o sangue, refazendo as interações do líquido pleural e reinflando o pulmão; VARIAÇÃO DA PRESSÃO INTRAPLEURAL - A pressão intrapleural varia durante o ciclo ventilatório. No início da inspiração, ela é cerca de – 3 mmHg (B1). À medida que o tórax expande e a membrana pleural e os pulmões acompanham essa expansão devido ao líquido pleural, o tecido pulmonar resiste a ser estirado; - Assim, a tendência de os pulmões ficarem o mais distantes possível da caixa torácica faz a pressão intrapleural se tornar ainda mais negativa no fim de uma inspiração tranquila, cerca de – 6 mmHg (B2); OBS: durante o exercício, ou outras inspirações vigorosas, a pressão intrapleural pode alcançar – 8 mmHg, ou menos; - Na expiração, a caixa torácica volta à sua posição de repouso. Os pulmões deixam a sua posição de estiramento, e a pressão intrapleural volta ao valor normal de – 3 mmHg (B3); OBS: a pressão intrapleural nunca se iguala à Patm, pois a cavidade pleural é um compartimento fechado; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 4 PRESSÃO ALVEOLAR - É a pressão de ar no interior dos alvéolos pulmonares; - Quando a glote está aberta e não há fluxo de ar para dentro ou para fora dos pulmões, a pressão alveolar = Patm (0 mmHg); - Porém, para ocorrer influxo de ar para os alvéolos na inspiração, essa pressão deve cair para um valor abaixo da Patm, ficando – 1 mmHg, que consegue puxar 0,5 litro de ar para dentro dos pulmões; - Já na expiração, para expulsar o ar, essa pressão deve ser maior que a Patm, tornando-se 1 mmHg; PRESSÃO TRANSPULMONAR OU TRANSMURAL - É a diferença entre as pressões alveolar e pleural (pressão alveolar – pressão intrapleural); - Se a pressão transmural for positiva, é uma pressão de expansão dos pulmões. Se for negativa, é uma pressão de tração dos pulmões; - É medida das forças elásticas nos pulmões que tendem a colapsá-los na respiração, a chamada pressão de retração; PLEURAS - Cada pulmão é rodeado por um saco pleural de parede dupla, cujas membranas forram o interior da cavidade torácica (pleura parietal) e a superfície externa dos pulmões (pleura visceral); - Cada membrana pleural é formada por muitas camadas de tecido conjuntivo elástico e muitos capilares; - Os folhetos pleurais são constituídos por um epitélio simples pavimentoso, denominado mesotélio, e por uma fina camada de tecido conjuntivo com fibras colágenas e elásticas; - As membranas pleurais são mantidas unidas por uma fina camada de líquido pleural (25-30 ml em um homem de 70 kg). Esse líquido tem as funções de (1) criar uma superfície úmida e escorregadia para que as membranas deslizem uma sobre a outra enquanto os pulmões se movem dentro do tórax, e (2) manter os pulmões aderidos à parede torácica, devido à coesão da água; LEIS FÍSICAS LEI DE BOYLE - A lei de Boyle diz que, se o volume de gás é reduzido, a pressão aumenta. Se o volume aumenta, a pressão diminui; - A pressão exercida por um gás ou por uma mistura de gases em um recipiente fechado é criada pelas colisões das moléculas com as paredes do recipiente e umas com as outras. Se o tamanho do recipiente é reduzido, esses choques são mais frequentes, e, assim, a pressão aumenta; - No sistema respiratório, mudanças no volume da cavidade torácica na ventilação causam gradientes de pressão que geram fluxo de ar. Quando ↑ o volume da caixa torácica, a ↓ pressão alveolar, e o ar flui para dentro do sistema respiratório. Quando ↓ volume do tórax, a ↑ pressão alveolar, e o ar flui para a atmosfera; LEI DE LAPLACE - A tensão superficial criada pela camada de líquido revestindo uma bolha é direcionada para o centro, e cria pressão no interior dela; - A Lei de LaPlace é uma expressão dessa pressão, e estabelece que a pressão (P) dentro de uma folha formada por uma fina película de líquido depende de dois fatores: a tensão superficial do líquido (T) e o raio (r); - Percebe-se que se duas bolhas de tamanhos diferentes tiverem a mesma tensão superficial, a pressão no interior da bolha menor é maior que a pressão na bolha maior; - Aplicando isso aos pulmões, pode-se comparar a bolha ao alvéolo revestido por líquido, que gera uma tensão superficial (T). Assim, percebe-se se a tensão superficial fosse a mesma em todos os alvéolos, os alvéolos pequenos teriam uma pressão maior para o interior do alvéolo do que os alvéolos maiores, e maior resistência ao estiramento, precisando de mais trabalho para expandir os alvéolos menores; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 5 - Por isso a importância dos surfactantes, que ao reduzirem a tensão superficial, diminuem o trabalho necessário para expandir os alvéolos em cada ciclo ventilatório; OBS: o surfactante é mais concentrado nos alvéolos menores, para reduzir a pressão causada pela tensão superficial neles; VOLUMES E CAPACIDADES VOLUMES - O ar movido durante a ventilação pode ser dividido em quatro volumes pulmonares, que variam conforme a idade, o sexo, a altura e o peso: o Volume corrente; o Volume de reserva inspiratório; o Volume de reserva expiratório; o Volume residual; Volume corrente (Vc): “Respire calmamente”. É o volume de ar que se move durante uma única inspiração ou expiração. O volume corrente médio durante uma respiração espontânea (ventilação basal) é de cerca de 500 ml; Volume de reserva inspiratório (VRI): “Agora, no final de uma inspiração tranquila, você deve inspirar o máximo de ar adicional possível”. É o volume adicionalinspirado, acima do volume corrente. Em um homem de 70 kg, este volume é de cerca de 3000 ml; Volume de reserva expiratório (VRE): “Agora, pare no final de uma expiração normal e, em seguida, expire tanto ar quanto for possível”. É a quantidade de ar expirado vigorosamente após o final de uma expiração espontânea, sendo, em média, cerca de 1100 ml; Volume residual (VR): É o volume de ar presente no sistema respiratório após a expiração máxima (cerca de 1200 ml). Ele não pode ser medido diretamente, pois mesmo se soprar o máximo de ar possível, ainda restará ar nos pulmões e vias aéreas; OBS: a maior parte desse volume residual existe porque os pulmões são mantidos estirados aderidos pelo líquido pleural às costelas. CAPACIDADES PULMONARES - A capacidade é o somatório de dois ou mais volumes pulmonares; Capacidade vital: é a soma do volume de reserva inspiratório (VRI), volume de reserva expiratório (VRE) e volume corrente (Vc). Representa a quantidade máxima de ar que pode ser movida voluntariamente a cada ciclo ventilatório. Essa capacidade vital diminui com a idade, quando os músculos enfraquecem e os pulmões ficam menos elásticos; - Para medir a capacidade vital, a pessoa inspira o máximo de volume possível e, em seguida, expira tudo o mais rápido que puder. Isso permite verificar o volume expiratório forçado em 1 segundo (VEF1)*, uma medida que vê o quão rápido o ar deixa as vias aéreas no primeiro segundo da expiração; *O VEF1 diminui em certas doenças pulmonares, como a asma, e com a idade; Capacidade pulmonar total (CPT): capacidade vital + volume residual, ou seja, é o maior volume que os pulmões e o tórax podem alcançar; Capacidade inspiratória: volume corrente + volume de reserva inspiratório; Capacidade residual funcional: volume de reserva expiratório + volume residual; Ventilação pulmonar total: é o volume de gás que entra ou sai das vias respiratórias e dos alvéolos pulmonares durante determinado período, sendo calculado por volume corrente X nº de incursões respiratórias. Ex: 500 ml x 15 irpm = 7500 ml/min. Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 6 PARÊNQUIMA PULMONAR - Os pulmões são formados por um tecido leve, esponjoso e elástico, cujo volume é ocupado principalmente por espaços cheios de ar; - Esses órgãos irregulares em forma de cone quase preenchem a cavidade torácica e repousam sobre o diafragma. As vias aéreas semirrígidas (os brônquios) conectados os pulmões à via aérea principal, a traqueia; - Organização: brônquios, bronquíolos e alvéolos; TRABALHO - Os gradientes de pressão necessários para a ventilação são criados pelo trabalho da contração dos músculos esqueléticos; - Os dois fatores de maior influência na quantidade de trabalho necessária para a ventilação são a (1) distensibilidade dos pulmões e (2) resistência das vias aéreas; COMPLACÊNCIA - A maior parte do trabalho ventilatório (feito pelos músculos) é gasto para superar a resistência elástica dos pulmões e da caixa torácica ao estiramento; - A complacência é a habilidade do pulmão de se estirar; - A complacência se refere à quantidade de força que deve ser exercida sobre um corpo para o deformar. No pulmão, pode ser expressão como uma alteração do volume (V), devido a uma força ou pressão (P) exercida sobre o pulmão: _V/_P; - Um pulmão de alta complacência pode ser estirado facilmente, assim como uma pessoa complacente pode ser persuadida facilmente; - Um pulmão com baixa complacência requer mais força dos músculos inspiratórios para ser estirado; - A complacência é o inverso da elastância; Doença pulmonar restritiva - Essas doenças diminuem a complacência, afetando a ventilação, já que mais trabalho deve ser realizado para estirar um pulmão mais rígido (pode exceder muito o trabalho respiratório normal); - Duas causas comuns de redução da complacência são (1) o tecido fibroso cicatricial não elástico formado em doenças pulmonares fibróticas, e (2) produção baixa de surfactante; ELASTÂNCIA - A elastância (recuo elástico) é a capacidade de resistir à deformação mecânica e a capacidade que um corpo tem de voltar à sua forma original quando a força que promove sua deformação é removida; - As forças elásticas do tecido pulmonar são determinadas pelas fibras de elastina e de colágeno, entrelaçadas no parênquima pulmonar. Nos pulmões vazios, essas fibras estão contraídas e dobradas. Já na expansão, estão estiradas e desdobradas (Guyton); - Um pulmão que é estirado facilmente (↑ complacência) provavelmente tem perda do tecido elástico e, assim, não volta ao seu volume de repouso quando a força que o mantém estirado cessa (↓ elastância); Contexto: o enfisema é uma doença na qual as fibras de elastina do tecido pulmonar são destruídas, resultando em pulmões com ↑ complacência e que estiram facilmente na inspiração, mas com ↓ elastância, de modo que não voltam a posição de repouso na expiração. Devido a isso, como o ar não sai com a retração elástica dos pulmões, esses pacientes devem contrair seus músculos expiratórios (expiração ativa) para forçar a saída de ar; RESISTÊNCIA - O outro fator que influencia o trabalho ventilatório é a resistência ao fluxo de ar, que pode ser expressa pela Lei de Poiseuille: - Devido o comprimento do sistema ser constante, pode-se ignorar L na equação. A viscosidade também é quase constante, embora seja mais difícil respirar em locais com muita umidade, pois o vapor d’água aumenta a viscosidade (sauna); - Assim, o raio das vias respiratórias são o principal determinante da resistência das vias aéreas; - Cerca de 90% da resistência das vias aéreas ocorre na traqueia e nos brônquios, pois são estruturas rígidas com a Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 7 menor área de secção transversal total, e devido serem sustentadas por cartilagem, o diâmetro quase não muda. Porém, o acúmulo de muco devido a alergias ou infecções pode aumentar muito a resistência; Bronquíolos - Já os bronquíolos, devido serem tubos colapsáveis, podem ser causar resistência ao fluxo de ar, como na broncoconstrição; - Os bronquíolos, assim como as arteríolas, estão sujeitos ao controle reflexo pelo SNA e por hormônios. O controle neural primário dos bronquíolos é feito por neurônios parassimpáticos que causam broncoconstrição, um reflexo que protege o trato respiratório inferior de irritantes inalados*; *Não existe inervação simpática significativa dos bronquíolos humanos; - Contudo, o músculo liso dos bronquíolos possui receptores beta-2, que respondem à adrenalina com broncodilatação (relaxamento do músculo); Sinais parácrinos: entretanto, apesar da atividade neural, a maioria das alterações do diâmetro bronquiolar ocorre por sinais parácrinos: o CO2: molécula parácrina primária que relaxa o músculo liso bronquiolar (broncodilatação); o Histamina: broncoconstritor potente liberado por mastócitos em resposta ao dano tecidual e reações alérgicas (broncoconstrição); EFICIÊNCIA DA VENTILAÇÃO - A eficiência da ventilação pode ser estimada por meio do cálculo de ventilação pulmonar total, que é o volume de ar movido para dentro e para fora dos pulmões a cada minuto; - Apesar de representar o fluxo de ar para dentro e para fora do trato respiratório, não necessariamente indica o ar “novo” que alcança os alvéolos para a troca gasosa. Isso porque uma parte do ar que entra em cada ciclo não alcança os alvéolos e fica nas vias condutoras, como a traqueia e os brônquios. Como não há troca com o sangue, elas são chamadas de espaço morto anatômico, que é cerca de 150 ml; - Assim, apesar da entrada de 500 ml de ar nos alvéolos em cada ventilação, apenas 350 ml correspondem à entrada de ar “novo”; - O volume de ar “novo” que entra nos alvéolos é igual ao volume corrente menoso volume do espaço morto; VENTILAÇÃO ALVEOLAR - Devido uma porção significativa do ar nunca alcançar os alvéolos, existe um indicador mais acurado da eficiência da ventilação, a ventilação alveolar, que usa a quantidade de ar novo que alcança os alvéolos a cada minuto; - Assim, em 12 ciclos por minuto, a ventilação alveolar é de 4,2 L/min. Embora 6 L/min de ar “novo” entrem no sistema respiratório, apenas 4,2 L atingem os alvéolos; OBS: a ventilação alveolar pode ser afetada por mudanças na frequência ou na profundidade da respiração, podendo chegar até 170 L/min, por meio da ventilação voluntária máxima, que envolve respirar o mais profundo e rápido possível; CONTROLE NEURAL DA RESPIRAÇÃO - A ventilação é um processo rítmico que normalmente ocorre sem o pensamento consciente. Contudo, o músculo esquelético, diferente do músculo cardíaco autoexcitável, não consegue se contrair espontaneamente, necessitando do comando nos neurônios motores somáticos, que são controlados pelo SNC; - No sistema respiratório, a contração do diafragma e de outros músculos é iniciada por uma rede de neurônios no tronco encefálico, que dispara potenciais de ação espontaneamente. Apesar da respiração ocorrer espontaneamente, pode ser controlada voluntariamente até certo ponto; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 8 - Esses neurônios são influenciados por estímulos sensoriais, sobretudo a partir de quimiorreceptores que detectam CO2, O2 e H+ (o padrão ventilatório depende dos níveis dessas três substâncias no sangue arterial e no LEC); OBS: acredita-se que a rede neural do tronco encefálico tem atividade rítmica intrínseca, decorrente de neurônios marca- passo com potenciais de membrana instáveis; - O modelo contemporâneo de controle da respiração é: 1. Os neurônios respiratórios do bulbo controlam músculos inspiratórios e expiratórios; 2. Os neurônios da ponte integram informações sensoriais e interagem com neurônios bulbares para influenciar a ventilação; 3. O padrão rítmico da respiração surge de uma rede do tronco encefálico com neurônios que despolarizam automaticamente; 4. A ventilação está sujeita à modulação contínua por reflexos associados a quimiorreceptores, mecanorreceptores e por centros encefálicos superiores; NEURÔNIOS DO BULBO - Os neurônios respiratórios estão concentrados bilateralmente em duas áreas do bulbo: GRD e GRV; Grupo respiratório dorsal (GRD) - O núcleo do trato solitário (NTS) contém o grupo respiratório dorsal (GRD) de neurônios, que controlam principalmente os músculos da inspiração. Os sinais do GRD vão via nervos frênicos para o diafragma e via nervos intercostais para os músculos intercostais; - O NTS também recebe informações sensoriais dos quimiorreceptores e dos mecanorreceptores periféricos por meio dos nervos vago e glossofaríngeo; - Os neurônios respiratórios da ponte recebem informações sensoriais do GRD, influenciando o início e o término da inspiração. Os grupos respiratórios pontinos (centro pneumotáxico) e outros neurônios pontinos enviam sinais tônicos para as redes bulbares para ajudar a coordenar um ritmo respiratório uniforme; Grupo respiratório ventral (GRV) - O grupo ventilatório ventral (GRV) do bulbo tem múltiplas regiões com diferentes funções; - Uma área conhecida como complexo pré-Bötzinger contém neurônios que disparam espontaneamente e que podem atuar como marca-passo básico do ritmo respiratório; - Outras áreas controlam músculos da expiração ativa ou da inspiração maior do que o normal (como nos exercícios vigorosos); - As fibras nervosas originadas no GRV inervam músculos* da laringe, da faringe e da língua para manter as vias aéreas superiores abertas na ventilação; *O relaxamento inapropriado desses músculos durante o sono contribui para a apneia obstrutiva do sono, disfunção do sono associada a ronco e à sonolência diurna excessiva; ESTRUTURAS - Os sinais sensoriais dos quimiorreceptores centrais e periféricos modificam a ritmicidade da rede de controle para ajudar a manter a homeostasia dos gases sanguíneos; - O CO2 é o estímulo primário para as mudanças na ventilação. O O2 e o pH do plasma são menos importantes; - Os quimiorreceptores sensíveis ao O2 e ao CO2 estão estrategicamente associados à circulação arterial, pois se pouco O2 estiver no sangue arterial que vai para o encéfalo e outros tecidos, a frequência e a amplitude respiratórias aumentam. Já se a produção de CO2 exceder sua eliminação pelos pulmões, a ventilação aumenta para ↑ a eliminação de CO2; QUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS - Enviam para o SNC informações sensoriais sobre mudanças na pO2, no pH e na pCO2 plasmática; - Os corpos carotídeos nas carótidas são os quimiorreceptores periféricos primários, localizados perto dos barorreceptores; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 9 - Quando as células especializadas tipo 1 ou células glomais nos corpos carotídeos são ativadas por ↓ na pO2 ou no pH, ou por ↑ da pCO2, elas geram um aumento reflexo da ventilação; - Na maioria das situações, o O2 não é um fator tão importante na modulação da ventilação, pois para que tenha uma mudança no padrão ventilatório normal, a pO2 deve cair para menos de 60 mmHg (equivale a uma altitude de 3000m); *Contudo, em condições de grande altitude ou de DPOC, a redução da pO2 arterial é suficiente para ativar os quimiorreceptores periféricos; - No entanto, qualquer mudança no pH plasmático ou que aumente a pCO2 ativará as células glomais das carótidas e da aorta, aumentando a ventilação; Ativação das células glomais: um estímulo inativa os canais de K+, impedindo a sua saída da célula e, logo, despolarizando a célula receptora; → A despolarização abre canais de Ca+2 dependentes de voltagem, e a entrada de Ca+2 causa a exocitose de neurotransmissores para o neurônio sensorial → Nos corpos carotídeos, os neurotransmissores iniciam potenciais de ação nos neurônios sensoriais, que conduzem a atividade elétrica às redes neurais no tronco encefálico, sinalizando para que haja aumento da ventilação; QUIMIORRECEPTORES CENTRAIS - Respondem a alterações (aumento ou diminuições) na concentração de CO2 arterial e no líquido cerebrospinal; - Os quimiorreceptores centrais primários estão na superfície ventral do bulbo; - Quando a pCO2 arterial aumenta, o CO2 atravessa a barreira hematoencefálica e ativa os quimiorreceptores centrais, que sinalizam a rede neural de controle da respiração, aumentando a frequência e a profundidade da ventilação (melhorando a ventilação alveolar e a remoção de CO2); - Os quimiorreceptores centrais também são ativados na mudança de pH do líquido cefalorraquidiano (LCR), pois quando o CO2 se difunde pela barreira hematoencefálica, ele é convertido em ácido carbônico, que se dissocia em bicarbonato e H+; IPC: contudo, as mudanças de pH plasmático não influenciam os quimiorreceptores centrais diretamente, pois (embora o pCO2 influencia diretamente o LCR) o H+ isolado é lento ao atravessar a barreira hematoencefálica; - Apesar do aumento da pCO2 plasmática estimular os quimiorreceptores e estimularem a ventilação, se a pCO2 continua cronicamente elevada, a ventilação cai devido à resposta adaptativa dos quimiorreceptores. Essa adaptação parece ocorrer devido ao ↑ HCO3- no LCR, que neutraliza o H+; - Mesmo que os quimiorreceptores centrais sofram adaptação ao aumento crônico da pCO2, os quimiorreceptores periféricos continuam respondendo da mesma forma à queda da pO2 (em alguns casos, ↓ na pO2 se torna o estímulo químico primário para o aumento da ventilação, como nas DPOC*); *Na DPOC, a hipercapnia e a hipóxia são crônicas. A pCO2 arterial pode aumentar para 50 a 55 mmHg (faixa normal: 35-45), e a pO2 pode cair para 45 a 50 mmHg (faixa normal: 75-100). Uma vez que as concentraçõessejam modificadas cronicamente, a resposta dos quimiorreceptores adapta-se à alta pCO2. Assim, a maior parte do estímulo para aumentar a ventilação se deve à ↓ da pO2, detectada pelos quimiorreceptores periféricos. Se é dado muito O2 a estes pacientes, eles podem parar de respirar, já que o seu estímulo químico para a ventilação é eliminado. OBS: o controlador químico mais importante da ventilação é o CO2, pois é percebido tanto pelos quimiorreceptores periféricos quanto centrais; - Nos casos em que a pCO2 alveolar cai, como na hiperventilação, a pCO2 plasmática e do LCR também caem. Assim, a ativação dos quimiorreceptores centrais diminui, e a rede de controle diminui a frequência ventilatória. Com a hipoventilação, o CO2 começa a se acumular no plasma de novo, até que a pCO2 arterial ultrapasse o limiar de disparo dos quimiorreceptores e estimulem o aumento da ventilação novamente; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 10 PAPEL DO SNA - O SNA participa dos reflexos protetores dos pulmões, que respondem a danos físicos ou à irritação do trato respiratório e à hiperinsuflação dos pulmões; - A estimulação parassimpática pelo nervo vago é responsável pelo tônus muscular levemente contraído do pulmão normal em repouso. As fibras parassimpáticas também inervam as glândulas brônquicas, aumentando a síntese da glicoproteína do muco e a viscosidade do muco; - Glândulas mucosas e vasos sanguíneos são fortemente inervados pelo SNS; no entanto, músculos lisos não; Broncoconstrição - É o principal reflexo protetor, sendo mediado por neurônios parassimpáticos que inervam a musculatura lisa brônquica. Partículas inaladas ou gases nocivos estimulam os receptores de irritação na mucosa das vias aéreas, enviando sinais por meio de neurônios sensoriais para os centros integradores no SNC, que geram a broncoconstrição; - A resposta protetora também inclui tosse e espirro; Reflexo de insuflação de Hering-Breuer - Pode ocorrer se o volume corrente excede um certo volume, acionando os receptores de estiramento nos pulmões, que sinalizam para o tronco encefálico interromper a inspiração; - Não é bem comprovado em humanos, apesar de já ter sido observado em bebês; CENTRO SUPERIORES DO ENCÉFALO - Processos mentais conscientes ou inconscientes também afetam a atividade respiratória. Os centros superiores no hipotálamo e no cérebro podem alterar a atividade da rede de controle no tronco encefálico para mudar a frequência e a amplitude da ventilação (o controle voluntário da ventilação está nessa categoria*); *Porém, o controle pelos centros superiores não é uma condição para que a ventilação seja mantida, pois mesmo que o tronco encefálico acima da ponte seja lesado, os ciclos respiratórios continuam normais; - A respiração também pode ser afetada pelo sistema límbico, por isso atividades emocionais e autonômicas, como medo e excitação, podem afetar o ritmo e a amplitude a respiração; - Embora seja possível alterar temporariamente a ventilação, não podemos suprimir os reflexos quimiorreceptores. Por exemplo, é possível prender a respiração voluntariamente somente até a pCO2 se elevar no LCR, ativando o reflexo quimiorreceptor e forçando-nos a inspirar; - A respiração está associada à função cardiovascular. Os centros integradores para ambas as funções estão localizados no tronco encefálico, e interneurônios projetam- se entre as duas redes. Os sistemas circulatório, respiratório e renal funcionam em sincronia, para manter a homeostasia dos fluidos e o equilíbrio acidobásico; VALORES DE FR o Eupneia: 12 – 20 irpm; o Bradipneia: 20 irpm; RITMOS RESPIRATÓRIOS Cheyne-Stokes - É definida como uma respiração “crescente e decrescente” associada à dessaturação de O2; - A ventilação se torna mais rápida e profunda que a habitual, aumentando a eliminação de CO2 (↓ pCO2). Com isso, a ventilação é inibida e ocorre a apneia, que por sua vez ↑ pCO2 e promove uma nova resposta hiperventilatória, reiniciando o ciclo; - Caracterizada por uma fase de apneia seguida de incursões respiratórias cada vez mais profundas até atingir um pico, para depois vir decrescendo até uma nova pausa; - Forma de respiração periódica na qual apneias e hipopneias se alternam com hiperpneias, que apresentam um padrão crescendo e decrescendo de volume corrente; - Causas: insuficiência cardíaca, hipertensão intracraniana, AVE e traumatismos cranioencefálicos; Kussmaul - Inspiração rápida e profunda, seguida de apneia, uma expiração súbita, seguida de apneia - Respiração lenta e profunda, e pode ocorrer em quadros de intoxicação do bulbo respiratório, como na cetoacidose diabética ou na acidose metabólica, e insuficiência renal. Pode ser dividida em 4 fases: 1. Inspirações ruidosas (mais amplas) que se alternam com inspirações mais rápidas (menos amplas); 2. Apneia durante a inspiração; 3. Expirações ruidosas mais profundas que se intercalam com expirações rápidas; 4. Apneia durante a expiração; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 11 Biot - Caracterizada por irregularidade imprevisível, com períodos de apneia irregulares seguidos por períodos ventilatórios com frequência e amplitude variáveis, sem padrão de sucessão entre eles; - Causas: hipertensão intracraniana e lesões no SNC; Cantani - Caracterizado pelo aumento da amplitude dos movimentos ventilatórios, de modo regular e secundário à acidose metabólica; - Causas: acidose metabólica, cetoacidose diabética e insuficiência renal; - Se a acidose metabólica evoluir, pode agravar para o ritmo de kussmaul; TIPOS DE VENTILAÇÃO APNEIA - Cessação da respiração. Pode ser devido à suspensão voluntária da ventilação ou depressão dos centros de controle de SNC; - Existe a apneia do sono, que é um distúrbio do sono que afeta a respiração, fazendo a pessoa parar de respirar uma ou mais vezes ao longo de uma noite de sono. Por isso, pode acordar várias vezes ao longo da noite com sensação de asfixia, apesar de na maioria das vezes não ter consciência que despertou; - Existem três categorias de apneia do sono: o Apneia obstrutiva do sono (ASO): tipo mais comum, e ocorre quando as vias aéreas superiores fecham na inspiração. É semelhante ao ronco, porém, ao invés de obstrução parcial, ocorre obstrução total da via aérea; o Apneia central do sono (ACS): ocorre quando o controle ventilatório dos neurônios motores respiratórios diminui, fazendo os episódios de apneia serem repetidos a cada noite, durante os quais não há esforço ventilatório; o Apneia mista do sono: combinação das duas apneias acima; TREPOPNEIA - Consiste na sensação de dispneia que surge ou piora ao se adotar uma posição lateral, e desaparece ou melhora quando se institui o decúbito lateral oposto; - Ex: derrame pleural unilateral ou paralisia diafragmática unilateral; PLATIPNEIA - Sensação de dispneia, que surge ou que se agrava com a adoção da posição ortostática, em geral em pé; - Pode ocorrer em pacientes com quadros de pericardite ou na presença de shunts direito-esquerdo. Em geral, nesses casos, a platipneia pode vir associada a ortodeoxia, que é a queda acentuada da saturação arterial de O2 em pé; GRÁFICO EM RAMPA - A ação integrada das redes de controle da respiração pode ser estudada através do monitoramento da atividade elétrica no nervo frênico e de outros nervos motores; - Durante a ventilação espontânea em repouso, um marca- passo inicia cada ciclo, e os neurônios inspiratórios ↑ gradualmente a estimulação dos músculos inspiratórios. Esse aumento é chamado de rampa devido ao formato do gráfico da atividade neuronal inspiratória; Como ocorre? 1) Alguns neurônios inspiratórios disparam para iniciar a rampa; 2) O disparo desses neurônios recruta outros neurônios inspiratóriosem uma alça de retroalimentação positiva; 3) À medida que mais neurônios disparam, mais fibras esqueléticas são recrutadas, e a caixa torácica expande quando o diafragma contrai; Expiração - No fim da inspiração, os neurônios inspiratórios param de disparar abruptamente, e os músculos inspiratórios relaxam. Nos próximos poucos segundos, ocorre a expiração passiva pela retração elástica dos músculos inspiratórios e do tecido elástico dos pulmões; OBS: porém, certa atividade dos neurônios motores também ocorre na expiração passiva, sugerindo que os músculos das vias aéreas superiores contraiam para reduzir a velocidade do fluxo de ar; - Muitos neurônios expiratórios do GRV ficam inativos na ventilação em repouso, sendo ativos mais na ventilação forçada. Nesse caso, a atividade dos neurônios inspiratórios também está aumentada, e estimula os músculos Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 12 acessórios, como o esternocleidomastóideo, aumentando a expansão do tórax (elevando o esterno e as costelas superiores); - Na expiração ativa, os neurônios expiratórios do GRV ativam os músculos intercostais internos e os abdominais; OBS: parece ter comunicação entre os neurônios inspiratórios e os expiratórios, uma vez que os neurônios inspiratórios são inibidos durante a expiração ativa; EQUILÍBRIO ACIDOBÁSICO - O equilíbrio acidobásico é uma das funções essenciais do corpo. O pH de uma solução é medido como sua concentração de H+. A concentração plasmática normal de H+ é de 0,00004 mEq/L; - O valor normal de pH no corpo é de 7,35 a 7,45; - As proteínas (como enzimas e canais de membrana) são muito sensíveis a alterações no pH, pois mudanças na [H+] alteram sua estrutura tridimensional e suas funções; - Um pH anormal também pode afetar o sistema nervoso: o pH baixo (acidose) deprime o sistema nervoso, pois torna os neurônios menos excitáveis; o pH alto torna os neurônios hiperexcitáveis; TAMPÕES - Um tampão é uma molécula que atenua, mas não previne, alterações no pH por meio da sua combinação com H+ ou da liberação desse íon; - Devido a produção de ácidos ser o maior desafio para a manutenção do pH, a maioria dos tampões fisiológicos se combina com H+; - Os tampões podem ser: o Intracelulares: proteínas celulares, íons fosfato (HPO4) e hemoglobina; o Extracelulares: HCO3; - O H+ intracelular proveniente da reação do CO2 é tamponado pela hemoglobina, e o H+ plasmático, vindo de fontes não respiratórias (como o metabolismo), é tamponado pelo HCO3-; - A concentração plasmática de HCO3- (22 a 26 mEq/L) é cerca de 600 mil vezes maior que a [H+] no plasma; VENTILAÇÃO - Mudanças na ventilação podem corrigir alterações no equilíbrio acidobásico, mas também podem causa-las; - Devido ao equilíbrio dinâmico entre o CO2 e o H+, qualquer mudança na pCO2 plasmática afeta tanto o conteúdo de H+ quanto o de HCO3- no sangue; HIPOVENTILAÇÃO - Se uma pessoa hipoventila e a pCO2 aumenta, a equação desloca-se à direita, mais ácido carbônico é formado e a concentração de H+ sobe, gerando acidose: HIPERVENTILAÇÃO - Se uma pessoa hiperventila, eliminando CO2 e reduzindo a pCO2 plasmática, a equação desloca-se à esquerda, o que significa que o H+ se combina com o HCO3-, formando CO2 + H2O, reduzindo a concentração de H+; REFLEXOS VENTILATÓRIOS - O corpo usa a ventilação como um mecanismo homeostático para o ajuste do pH se um estímulo associado ao pH desencadeia a resposta reflexa: H+ e CO2; - A ventilação é afetada pelo aumento dos níveis plasmáticos de H+, devido à ativação dos quimiorreceptores no corpo carotídeo, que sinalizam para os centros bulbares de controle respiratório para aumentarem a ventilação e a eliminação de CO2; - Os quimiorreceptores centrais do bulbo não podem responder diretamente a mudanças de pH no plasma (H+ não atravessa a barreira hematoencefálica). Porém, mudanças no pH alteram a pCO2 e o CO2 estimula os receptores centrais; DISTÚRBIOS ACIDOBÁSICO - Caracterizam-se por concentração anormal de H+ no sangue, refletida com o pH anormal; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 13 o Acidemia: ↑ da concentração de H+ no sangue e diminuição de pH, sendo causada pelo processo fisiopatológico referido como acidose; o Alcalemia: ↓ da concentração de H+ no sangue ou aumento de pH, sendo causada pelo processo fisiopatológico referido como alcalose; - Os distúrbios do balanço acidobásico são descritos como metabólicos ou respiratórios, dependendo de se a alteração primária é do HCO3 − ou do CO2; - Existem quatro distúrbios acidobásicos simples, quando apenas um deles está presente. Quando há mais de um distúrbio acidobásico presente, a condição é distúrbio acidobásico misto; DISTÚRBIOS ACIDOBÁSICO METABÓLICOS são alterações primárias que envolvem o HCO3-: o Acidose metabólica: é causada pela diminuição de HCO3 – que leva à diminuição do pH. Esse distúrbio é causado pelo aumento do H+ fixo no organismo (superprodução, ingestão ou menor excreção de H+ fixo), ou pela perda de HCO3 −; o Alcalose metabólica: é causada por aumento da concentração de HCO3 − que leva ao aumento do pH. Esse distúrbio é causado pela perda de H+ fixo, pelo organismo, ou pelo ganho de HCO3 −; DISTÚRBIOS ACIDOBÁSICOS RESPIRATÓRIOS são alterações primárias do CO2: o Acidose respiratória: é causada por hipoventilação, que resulta na retenção de CO2, aumento da pCO2 e diminuição do pH; o Alcalose respiratória: é causada pela hiperventilação, que resulta em alta perda de CO2, diminuição da pCO2 e aumento do pH; - Quando ocorre distúrbio acidobásico, diversos mecanismos são utilizados na tentativa de manter o pH na faixa normal. A primeira linha de defesa é o tamponamento no LEC e no LIC. Além do tamponamento, dois tipos de respostas compensatórias tentam normalizar o pH: a compensação respiratória e a compensação renal; IPC: se o distúrbio acidobásico for metabólico (alteração do HCO3−), então, a resposta compensatória é respiratória para ajustar a pCO2; se o distúrbio for respiratório (alteração do CO2), a resposta compensatória é renal (ou metabólica), para ajustar a concentração de HCO3−); OBESIDADE - Hipoventilação alveolar; - Incompetência do aparelho respiratório para eliminar CO2 na mesma proporção que o ar chega aos pulmões, ocorrendo hipercapnia acompanhada de hipoxemia; - Fisiopatologia: a adiposidade que reveste o tórax e o abdômen atuam adversamente ao trabalho respiratório desenvolvido pelo diafragma e outros músculos da respiração. A complacência respiratória está diminuída, pois a pulmonar e a torácica também estão; - A capacidade residual funcional está baixa porque o pulmão apresenta uma maior força de colabamento ou o tórax encontra-se comprimido pelo peso corporal; - Esse quadro reduz a capacidade vital e o volume de reserva inspiratório, como consequência. Além disso, a adiposidade visceral abdominal, a infiltração gordurosa no diafragma e na pleura e a hipertonia (↑ do tônus e da rigidez) dos músculos do abdômen diminuem o desempenho muscular da expansão torácica, comprometendo a ventilação pulmonar; - Índice V/Q diminuído; GRAVIDEZ - Na gravidez, ocorrem alterações fisiológicas e anatômicas que geram um padrão hiperventilatório, pois o ↑ da demanda de O2 pelo feto em crescimento excede a oferta obtida pela ventilação normal; - Essa hiperventilação na gravidez é atribuída às alterações hormonais e ao impedimento mecânico dos pulmões causado pelo feto em crescimento: o Progesterona: atua sobre o centro respiratório, aumentando a sensibilidade dos quimiorreceptores centrais a pCO2 e ao ↓ pH, além de reduzir o limiar de despolarização do centro respiratório, facilitando a geração de potenciais de ação pelos neurônios motores que controlam os músculos da inspiração; o Estrogênio: atuana mucosa das vias aéreas superiores, levando à hiperemia local, hipersecreção de muco e edema, levando à obstrução nasal; - Conforme o útero se expande, o diafragma se desloca no máximo 4 cm para cima, ↓ o tamanho craniocaudal do tórax, que, no entanto, é compensado pelo ↑ do tamanho anteroposterior e transversal, causado pelos efeitos hormonais que relaxam os ligamentos dessa região; - Constatou-se que o volume corrente ↑ com o decorrer da gravidez, em função do ↑ da excursão diafragmática, embora a capacidade de reserva inspiratória e a capacidade vital permaneçam quase inalteradas; Laíse Weis ;) Problema 3 – Módulo 8 14