Sistema respiratório

Profa. Jessyca

1. Homeostase e trocas gasosas

Em quase todos os animais, a respiração celular aeróbia é a principal maneira de obter energia de compostos orgânicos, principalmente da glicose.

Para que as células executem a respiração celular aeróbia, a oferta de oxigênio e tão importante quanto a de alimentos.

Uma pessoa pode sobreviver horas ou dias sem água e alimentos, mas sem oxigênio não resiste mais que alguns minutos.

Por meio da respiração, os animais eliminam gás carbônico (CO2 ou dióxido de carbono), cujo acúmulo no meio intracelular ou no fluido intercelular é perigoso, pelas alterações de pH que determina.

***O oxigênio e o gás carbônico são chamados gases respiratórios, pois estão envolvidos nos processos celulares de obtenção de energia.

Organismos que podem viver na completa ausência de oxigênio são denominados anaeróbios.

É o caso dos parasitas intestinais dos seres humanos, cujas células realizam a fermentação, que não utiliza oxigênio.

Estratégias de trocas gasosas

Em relação às células, respiração é a obtenção de energia química contida em substâncias orgânicas, com consumo de oxigênio (respiração celular aeróbia).

Para o animal, respiração é a obtenção de oxigênio e a eliminação de gás carbônico.

Em animais que possuem respiração cutânea, branquial ou pulmonar, o sangue conecta as células com superfície respiratória.

No sangue, encontram-se pigmentos respiratórios, como a hemoglobina e a hemocianina, que transportam o oxigênio dos órgãos respiratórios para os tecidos.

Hematose é a oxigenação do sangue resultante das trocas gasosas com o ambiente (água ou ar).

Existem diversas formas de trocas gasosas entre os animais e o ambiente:

(a) Respiração por difusão (poríferos, cnidários, platelmintos e nematódeos).

(b) Respiração traqueal ( insetos e alguns aracnídeos).

(c) Cutânea (anelídeos terrestres e anfíbios adultos)

(d) Branquial (anelídeos aquáticos, crustáceos, moluscos aquáticos e peixes)

(e) Pulmonar (moluscos terrestres e vertebrados tetrápodes).

As superfícies respiratórias são recobertas por finas camadas de células e, portanto, são áreas sujeitas a lesões e à perda de água por evaporação.

Em animais terrestres, há regiões especializadas na respiração.

Com exceção dos anfíbios, a superfície de seus corpos tem envoltórios resistentes e impermeáveis, formados por placas, escamas e outros tipos de barreiras mecânicas.

A respiração branquial é adequada à vida aquática.

Quando se retira da água um animal com brânquias, os filamentos branquiais aderem uns aos outros, diminuindo consideravelmente a área efetiva de trocas gasosas.

***Em animais com respiração cutânea, branquial ou pulmonar, verifica-se nítida associação funcional entre os sistemas respiratório e cardiovascular, o que não se verifica em animais com respiração por difusão ou traqueal, nos quais as trocas gasosas ocorrem sem a participação do sangue.

Respiração de vertebrados

Os pulmões dos anfíbios são lisos, com pequena área de trocas gasosas.

A oxigenação do sangue é complementada em sua passagem pela pele delgada, permeável a gases e ricamente vascularizada.

Os pulmões dos répteis são segmentados e têm área de trocas proporcionalmente maior que a dos anfíbios.

Os pulmões dos mamíferos apresentam grande área interna e são constituídos por unidades de trocas gasosas denominadas alvéolos.

Pulmões dos mamíferos

Em aves, os pulmões não possuem alvéolos, mas túbulos denominados parabronquíolos, onde ocorrem as trocas gasosas.

2. Sistema respiratório humano

No sistema respiratório humano, a entrada e a saída do ar normalmente ocorrem pelas narinas, que se comunicam com as cavidades nasais (ou fossas nasais), em cujo interior se encontram dobras chamadas conchas nasais (ou cornetos nasais), que forçam o ar a turbilhonar.

O revestimento das cavidades nasais tem células produtoras de muco e células ciliadas, cujos cílios batem em direção à faringe, varrendo a camada de muco.

Esse revestimento é o epitélio mucociliar, encontrado também em porções inferiores das vias aéreas, como traqueia e brônquios.

***A fumaça de cigarros diminui a eficiência dos batimentos ciliares, o que se traduz na maior frequência de doenças respiratórias entre os fumantes e seus filhos. A incidência de pneumonias é três vezes maior nos filhos de mulheres fumantes que nos filhos de mulheres não fumantes.

As vias aéreas contam com outros mecanismos de defesa contra a entrada de microrganismos e de outros corpos estranhos: - anticorpos (proteína de defesa) e macrófagos

(células que fagocitam partículas - estranhas, como bactéria),

- tosse e espirro (que eliminam partículas inaladas).

Além de filtrado, o ar que passa pelas cavidades nasais é aquecido e umidificado, tornando-se saturado de vapor-d ’água.

Após atravessar as cavidades nasais, passa para a faringe e entra na laringe pela glote, sobre a qual se encontra a epiglote, que funciona como uma válvula, impedindo que os alimentos penetrem nas vias aéreas.

***Na laringe, estão as cordas vocais, que vibram com a passagem do ar emitem sons. A fala (ou fonação) deve-se aos movimentos sincronizados da língua, dos lábios e das cordas vocais.

No inverno, o ar penetra nas vias aéreas, por ser mais seco e frio, reduz a capacidade limpadora do epitélio mucociliar, aumentando o número de casos de doenças respiratórias, principalmente gripes, resfriados e pneumonias.

A traqueia, um tubo de anéis cartilaginosos, bifurca-se e origina os dois brônquios principais, que penetram nos pulmões. Os brônquios principais ramificam-se em brônquios progressivamente menos calibrosos, e estes se ramificam em bronquíolos, que se abrem nos sacos alveolares, formados pelos alvéolos pulmonares, cuja parede é constituída por uma única camada de células.

A dificuldade de passagem do ar (principalmente na expiração) acarreta distensão dos alvéolos, cujas paredes vão sendo progressivamente destruídas.

Diverso alvéolos fundem-se em amplas cavidades, em que as trocas gasosas ocorrem com pouca eficiência. Esse quando chama-se enfisema pulmonar.

O uso crônico de cigarro afeta os brônquios menos calibrosos e os bronquíolos, que se tornam permanentemente inflamados (bronquite crônica) e obstruídos.

Os pulmões, órgão de consistência esponjosa e coloração vermelha, são revestidos externamente pela pleura, constituída por dois folhetos justapostos.

O pulmão direito é dividido em três lobos; o esquerdo, em dois.

O volume do pulmão esquerdo é menor que o do direito, pois parte do lado esquerdo da cavidade torácica é ocupada pelo coração.

As trocas que ocorrem nos alvéolos pulmonares, entre o ar e o sangue dos capilares, ocorrem por difusão, a favor do gradiente de concentração e sem gasto de energia.

O sangue venoso que chega aos alvéolos pulmonares é rico em gás carbônico e pobre em oxigênio.

Depois de efetuar trocas gasosas com o ar alveolar, o sangue torna-se arterial, rico em oxigênio e pobre em gás carbônico, e retorna ao coração.

Sistema respiratório humano

Trocas gasosas em um alvéolo pulmonar: o sangue venoso está indicado em azul, e o sangue arterial em vermelho.

3. Biomecânica e controle da respiração

As brânquias dos peixes têm detalhes que as tornam mais eficientes que as brânquias dos invertebrados.

*** A maioria dos peixes cartilaginosos não tem opérculo, e suas câmaras branquiais comunicam-se com o exterior através de cinco a sete fendas branquiais.

Aracnídeos grandes têm pulmões de difusão, assim chamados porque a renovação do ar ocorre apenas por difusão, que é pouco eficiente.

A cavidade do manto dos moluscos terrestres, como o caracol-de-jardim, também é um “pulmão de difusão”. Vertebrados pulmonados possuem pulmões de ventilação, porque contam com mecanismos ativos de substituição do ar contido em seu interior.

Nos anfíbios, depois de enchida a cavidade oral de ar, os músculos da boca e da faringe forçam sua passagem contra a glote, e o ar é “empurrado” para dentro dos pulmões. Com a abertura da glote e o relaxamento dos músculos da faringe, o ar é eliminado.

Os outros grupos de vertebrados pulmonados (répteis, aves e mamíferos) enchem e esvaziam os pulmões por modificações do volume torácico.

Entre as costelas, existem músculos intercostais, que, ao se contraírem, tracionam as costelas para a frente e aumentam o volume do tórax.

Com o aumento de volume, a pressão interna torna-se menor que a pressão atmosférica, forçando a entrada de ar pelas vias aéreas (inspiração).

Com o relaxamento dessa musculatura, a elasticidade dos pulmões e do tórax força a diminuição do volume torácico, aumentando a pressão interna, que se torna superior à pressão atmosférica ; o ar dos pulmões é, então, eliminado (expiração).

Somente os mamíferos têm um músculo chamado diafragma, que separa o tórax do abdome.

Ao se contrair, o diafragma desloca-se em direção ao abdome; o volume do tórax aumenta, determinando a entrada de ar nos pulmões.

Portanto, nos mamíferos, a inspiração ocorre pela contração simultânea dos músculos intercostais e do diafragma.

Aves e sacos aéreos

Nas aves, a renovação do ar dos pulmões é eficiente e conta com a participação dos sacos aéreos.

A renovação completa do ar nos pulmões das aves é alcançada no final de dois ciclos respiratórios:

• Na inspiração do primeiro ciclo, parte do ar inalado enche os sacos aéreos posteriores, enquanto pequena parte atravessa os parabronquíolos, onde ocorre a hematose. O ar que já estava nos parabronquiolos passa para os sacos aéreos anteriores, inflando-os.

• Na expiração, o ar dos sacos aéreos posteriores dirige-se aos parabronquíolos, enquanto o ar presente nos sacos aéreos anteriores é eliminado.

• Na inspiração seguinte, o ar dos parabronquíolos, inspirado no primeiro ciclo, passa para os sacos aéreos anteriores, enquanto o ar fresco enche os sacos aéreos posteriores e inicia a passagem pelos parabronquíolos.

• Na expiração, o ar dos sacos aéreos anteriores é eliminado, e o ar dos sacos aéreos posteriores dirige-se para os parabronquíolos.

Dessa forma, a quantidade de ar novo que penetra nos pulmões das aves é muito maior que a quantidade que penetra nos pulmões dos mamíferos. Além disso, as aves fazem hematose tanto na inspiração como na expiração.

Controle da respiração

Em repouso, a frequência respiratória em seres humanos é de dez a quinze movimentos por minuto. Durante uma atividade física intensa, a frequência respiratória aumenta bastante.

O volume de ar renovado por minuto - chamado volume-minuto respiratório - é obtido pelo produto da frequência respiratória (em minutos) pelo volume trocado em cada ciclo respiratório (em litros). Em um adulto em repouso:

• Frequência respiratória= 12 movimentos/min;• Volume trocado em ciclo respiratório=0,5L.

Portanto, o volume-minuto respiratório=12x0,5= 6L/min.

A capacidade de renovação do ar contido nas vias aéreas varia amplamente, podendo passar de 6L/min a mais de 120L/min, durante atividade física intensa.

Na medula oblonga (ou bulbo raquidiano), parte do sistema nervoso central, um centro controlador da respiração – o centro respiratório (CR) – recebe informações sobre as variáveis respiratórias e as processa. Do CR, partem nervos responsáveis pela contração dos músculos respiratórios (diafragma e músculos intercostais).

O CR aumenta e diminui tanto a frequência como a amplitude dos movimentos respiratórios, ou seja, o volume de ar renovado em cada movimento respiratório.

Essa capacidade permite que os tecidos recebam a quantidade de oxigênio de que necessitam, ao mesmo tempo que o gás carbônico é adequadamente removido.

O controle sobre a atividade respiratória é tão preciso que, mesmo diante de grandes variações das concentrações ambientais de gás carbônico e de oxigênio ou durante atividades físicas intensas, as concentrações desses gases no sangue permanecem praticamente constantes.

A respiração é ainda um mecanismo controlador do pH do sangue. Lembre-se da reação entre a água e o gás carbônico:

O aumento da concentração de gás carbônico no sangue provoca aumento da liberação de íons H+, e o plasma tende ao pH ácido. Se a concentração de gás carbônico diminui, o pH do plasma sanguíneo tende a se tornar mais básico (ou alcalino).

*** O pH do plasma sanguíneo humano varia entre 7,36 e 7,44. Portanto, é levemente básico.

Quando o pH do plasma está abaixo do normal ( o que se chama acidose), o CR é excitado, aumentando a frequência e a amplitude dos movimentos respiratórios.

O aumento da ventilação pulmonar determinas eliminação de maior quantidade de gás carbônico, elevando o pH do plasma até o valor normal.

Quando o pH do plasma está acima do normal (o que se chama alcalose), o CR é deprimido, diminuindo a frequência e a amplitude dos movimentos respiratórios.

Com a diminuição da ventilação pulmonar, há retenção de gás carbônico e maior produção de íons H+, determinando queda do pH plasmático até o valor normal.

Os quimiorreceptores do CR são bastante sensíveis ao pH do plasma e à concentração de gás carbônico.

Aumento da concentração de gás carbônico causa aumento da frequência respiratória, enquanto a diminuição da concentração tem efeito contrário.

Na parede da aorta e nas artérias carótidas, existem quimiorreceptores sensíveis principalmente à concentração de oxigênio no sangue. Se essa concentração diminuir, eles enviam estímulos ao CR, que determina elevação da ventilação pulmonar.

Centro respiratório

Quimiorreceptores

Exercícios