Bases da Anatomofisiologia Respiratória

A função essencial para a manutenção da vida é a respiração, sucintamente ocorre a troca de gases entre as células do organismo com a atmosfera(1). Processo simples ao pensar que o ser humano vive imerso em gases, apesar de parecer um paradoxo, o organismo necessita de sistemas com mecanismos especiais capazes de separar o oxigênio dos outros tipos de gases e possibilitar essa distribuição para todo o corpo. Especificamente, captar o oxigênio e eliminar o dióxido de carbono, propiciando assim a troca de gases.

Compondo esse processo, o sistema respiratório compreende um conjunto de órgãos com finalidades especificas para desempenhar papeis fundamentais na respiração, tais como(1,2):

• Nariz: sua finalidade é de filtrar, umidificar e aquecer o ar, que entra no organismo. Apresentam-se como duas cavidades paralelas que abrange uma área de cerca de 160 cm2, iniciando nas narinas e terminando na faringe, são divididas por uma parede cartilaginosa denominada septo nasal. No seu interior há dobras chamadas cornetos nasais que forçam o ar a turbilhonar, possuem um revestimento dotado de células produtoras de muco e células ciliadas. Esse processo é denominado como condicionamento do ar das vias respiratórias superiores. Na parte superior das fossas nasais existem células sensoriais, responsáveis pelo sentido do olfato.
• Faringe: sua finalidade é de impedir que substâncias não gasosas invadem o canal do pulmão, então é acionar a epiglote o seu fechamento. Sendo um canal músculo membranoso, dilatável, contrátil e flexível, se torna comum para os sistemas digestórios e respiratórios. O ar inspirado pelas narinas ou pela boca passa necessariamente pela faringe, antes de atingir a laringe.
• Laringe: sua finalidade é a fonação, devido o epitélio que reveste a laringe apresentar pregas, que são capazes de produzir sons durante a passagem de ar, nela se encontram também mucosa e cílios para a limpeza. É um tubo músculo-cartilagínea sustentado por três cartilagens articuladas ímpares medianas, conhecidas como cricóide, tireóide e epiglote, e também os pares aritmóides, carniculares e cuneiformes, situado na parte do pescoço em continuação à faringe e a traqueia. O pomo-de-adão, saliência que aparece no pescoço, faz parte de uma das peças cartilaginosas da laringe e sua entrada chama-se glote.
• Traquéia: sua finalidade é de levar o ar até os pulmões e filtrar as impurezas. Seu epitélio de revestimento muco-ciliar adere partículas de poeira e bactérias presentes em suspensão no ar inalado, que são posteriormente varridas para a entrada da traqueia, devido o movimento dos cílios, que serão engolidas ou expelidas. É um tubo de aproximadamente 1,5 cm de diâmetro por 10-12 centímetros de comprimento, cujas paredes são reforçadas por 16 a 20 anéis cartilaginosos, revestidos por epitélio com abundantes glândulas mucosas. Bifurca-se na sua região inferior, originando os brônquios.
• Brônquios e Bronquíolos: sua finalidade na inspiração é conduzir o ar proveniente do exterior, até os alvéolos pulmonares e, na expiração, devolver os gases ao meio exterior. Também colaboram na filtragem do ar através de mucos, cílios e macrófagos. Esse órgão são duas ramificações da traqueia que penetram nos pulmões e à medida que vão se ramificando e diminuem o diâmetro do calibre, modificam a sua estrutura e denominação, originando os bronquíolos. Cada bronquíolo termina em pequenas bolsas formadas por células epiteliais achatadas (tecido epitelial pavimentoso) recobertas por capilares sangüíneos, denominadas alvéolos pulmonares.
• Alvéolos Pulmonares: sua finalidade na inspiração, em condições apropriadas (limpeza, calor e umidade); o oxigênio, passa através da parede de um alvéolo e prende-se a um glóbulo vermelho, o dióxido de carbono, oriundo de combustão celular, desprende-se do glóbulo vermelho e, passando pela parede do alvéolo, percorre o caminho da expiração, chegando ao meio exterior. Nos alvéolos pode-se encontrar os macrófagos fazendo limpeza. Apresenta-se como minúsculas bolsas em forma de cachos na ponta dos bronquíolos, dando aos pulmões um aspecto rosado e esponjoso, e estão envolvidos por uma rede de vasos sanguíneos, denominados como capilares.
• Pulmões: por meio dos movimentos de contração e expansão, sua finalidade é introduzir e expelir os gases. Os pulmões humanos tem aproximadamente 25 cm de comprimento, órgãos esponjosos de consistência mole e elástica, sendo envolvidos por uma membrana serosa denominada pleura, cor avermelhada, poroso e atravessado por túbulos cartilaginosos de dimensões variáveis: os brônquios, forma ovalada com o pólo inferior seccionado e ligeiramente escavado, sua parte mais alta é denominada ápice. Apresentam duplos, um direito e outro esquerdo, situados na caixa torácica. O pulmão direito é dividido em três lobos (superior, médio e inferior), enquanto o esquerdo só possui dois lobos e por ser menor sobra espaço para acomodar o coração.
• Diafragma: a finalidade é promover juntamente com os músculos intercostais, os movimentos respiratórios. A base de cada pulmão apoia-se no diafragma, órgão músculo-membranoso que separa o tórax do abdômen, presente apenas em mamíferos. Está localizado acima do estômago e o nervo frênico controla os movimentos do diafragma. Que quando se contrai determina o aumento dos diâmetros torácicos facilitando a inspiração. A expiração se dá quando relaxa e as costelas se contraem. Isto expulsa o ar dos pulmões.
• Costelas e músculos intercostais: a finalidade são de provocar um aumento da caixa torácica que, vedada pelo diafragma contraído, propiciando um vácuo que permite a inspiração. Na expiração ocorre o inverso.

Existem três mecanismos (fig.3) que atuam integralmente completando a função respiratória de forma eficaz. Uma delas é o processo de ventilação, no qual consiste a entrada do ar atmosférico nos alvéolos pulmonares.

Nesse processo o principal músculo da respiração é o diafragma, mas outros músculos, podem contribuir para que o mecanismo da respiração seja eficiente, especialmente durante a ventilação profunda.

Fisiologicamente ao contrair o diafragma obtem-se o alongamento dos pulmões concomitante com a elevação da parede torácica anterior, o que provoca a inspiração. Isso ocorre devido a elevação das costelas, desde a posição oblíqua, para baixo, até a posição horizontal, o que aumenta o diâmetro ântero-posterior do tórax. Em contrapartida, a compressão abdominal eleva o diafragma e deprime a parede anterior torácica, promovendo o processo da expiração.

Basicamente não existem ligações físicas entre os pulmões e a parede torácica, então os pulmões são mantidos como que empurrados contra essa parede por pequeno vácuo no espaço intrapleural que é um espaço extremamente reduzido entre os pulmões e a parede do tórax. Quando a cavidade torácica é aumentada, esse vácuo faz com que os pulmões se expandam, ao mesmo tempo. A expansão dos pulmões, por sua vez, produz discreta pressão negativa no seu interior, o que puxa o ar para dentro, causando a inspiração. Durante a expiração, a pressão intra-alveolar torna-se ligeiramente positiva, empurrando o ar para fora.

O volume inspirado a cada respiração considera como volume corrente; normalmente, seu valor é de cerca de ½ litro. A frequência respiratória para adulto é cerca de 12 a 20 incursões respiratórias por minutos. Durante uma respiração muito profunda, o volume corrente máximo que pode ser respirado (capacidade vital) é por volta de 4,5 litros no adulto normal, podendo atingir 6,5 litros no atleta.

Outro mecanismo participante é a perfusão, que consiste na entrada do sangue venoso procedente do coração e que chega aos capilares dos alvéolos, utilizando a circulação sanguínea.

Com o processo da inspiração forçando o ar a passar pela traqueia, pelos brônquios e pelos bronquíolos até os alvéolos, extensas redes capilares pulmonares circundam todas as paredes dos alvéolos, permitindo a rápida difusão do oxigênio, do alvéolo para o sangue pulmonar, e do gás carbônico, do sangue para os alvéolos.

O terceiro mecanismo, é a difusão, processo em que o oxigênio do ar contido nos alvéolos passa para o sangue, ao mesmo tempo que o gás carbônico contido no sangue passa para os alvéolos.

O oxigênio e o dióxido de carbono, ambos são solúveis pelas membranas celulares e ao entrar nos alvéolos é transportado pelo sangue pulmonar, principalmente em combinação com a hemoglobina para os capilares dos tecidos, para ser usado pelas células. A presença da hemoglobina nas hemácias permite ao sangue transportar de 30 a 100 vezes mais oxigênio do que seria transportado apenas sob a forma de oxigênio dissolvido na água do sangue; entretanto, o dióxido de carbono se difunde de 15 a 20 vezes mais rápido que o oxígênio.

Isso ocorre nas celulas teciduais devido os processos metabólicos, o oxigênio reage com vários substratos para formar grandes quantidades de dióxido de carbono, que por sua vez, entram nos capilares teciduais e são transportados de volta aos pulmões. Esse processo ocorre porque a pressão parcial do oxigênio no ar alveolar é maior do que a pressão parcial do oxigênio no sangue venoso, nos tecidos o mecanismo de trocas é semelhante. A pressão parcial do oxigênio nos tecidos é baixa, em relação ao sangue dos capilares arteriais, porque o oxigênio é continuamente utilizado para o metabolismo celular.

As concentrações dos diferentes gases nos alvéolos são expressos em termos de pressão exercida por esses gases isoladamente, o que é denominado de pressão parcial. As pressões parciais aproximadas dos gases respiratórios de importância, para indivíduo adulto acima do nível do mar, são as seguintes: oxigênio 104mmHg; gás carbônico 40mmHg; vapor de água 47mmHg e nitrogênio 569mmHg.

Por um lado, a pressão do oxigênio no sangue que penetra nos capilares pulmonares é baixa, de apenas 40 mmHg, porque uma grande quantidade de oxigênio foi removida desse sangue quando passou através do organismo. Como resultado, o oxigênio difunde para o sangue pulmonar, até que sua pressão iguale os 104 mmHg da pressão parcial do oxigênio no ar alveolar (104-40= 64 mmHg).

Por outro lado, a pressão do gás carbônico, no sangue chega aos capilares pulmonares, é alta, cerca de 45 mmHg, de modo que o gás carbônico difunde desse sangue para os alvéolos, até sua concentração iguale aos 40 mmHg de pressão parcial de gás carbônico nos alveolar. Assim, o sangue pulmonar absorve oxigênio e elimina gás.

O sangue arterial que penetra nos capilares dos tecidos tem a PCO2 de 40 mmHg, enquanto a PCO2 do líquido intersticial é de 45 mmHg. Devido ao elevado coeficiente de difusão do dióxido de carbono, a PCO2 do sangue no extremo venoso do capilar rapidamente alcança os 45 mmHg, que representa a PCO2 do sangue venoso de retorno ao coração direito.

Quando o sangue arterial sistêmico atinge os capilares dos tecidos periféricos, o oxigênio difunde para as células, visto que elas estão utilizando o oxigênio de forma continua o que mantém o teor de oxigênio muito baixo, composto por 98 a 99% de sangue oxigenado que passa pelos capilares pulmonares e outros 1 a 2% de sangue pouco oxigenado que passa através da circulação brônquica, após nutrir os pulmões e ceder oxigênio aos tecidos pulmonares. Desta forma, embora o sangue que deixa os capilares pulmonares tenha uma PO2 de 104mmHg, ao misturar-se com o sangue do retorno da circulação brônquica para alcançar o átrio esquerdo, a PO2 é de aproximadamente 95 mmHg. Esta queda na PO2 representa efetivamente uma diminuição de apenas 1% na concentração de oxigênio, porque a afinidade da combinação do oxigênio com a hemoglobina não é linear à medida que se aproxima da saturação completa; a PO2 varia consideravelmente para pequenas alterações na quantidade de oxigênio ligado à hemoglobina.

De modo inverso, essas células produzem gás carbônico, também de modo continuo, de forma que a pressão celular do gás carbônico é bem maior do que a sangue capilar; por conseguinte, o gás carbônico difunde das células para o sangue, por onde é transportado para os pulmões. Cerca de 97% de todo o oxigênio transportado pelo sangue, dos pulmões para os tecidos periféricos, o são em combinação química com a hemoglobina, e apenas 3% em solução nos líquidos do sangue. Entretanto, a combinação do oxigênio com a hemoglobina é muito fraca, de modo que pode ser facilmente deslocado da hemoglobina ao chegar aos capilares periféricos, sendo, então, liberado para as células. Cerca de 7% do gás carbônico transportado pelo sangue estão em solução. O restante é transportado, principalmente, em combinação com a água, no interior dos glóbulos vermelhos, formando íons de bicarbonato, em processo que é catalisado por enzimas dos glóbulos vermelhos, a anidrase carbônica. Pequena parte do gás carbônico combinado com a molécula da hemoglobina, no interior dos glóbulos vermelhos, sendo transportado nessa forma. Assim os glóbulos vermelhos são importantes para o transporte do oxigênio para os tecidos como, também, para o transporte de gás carbônico desde os tecidos.

Figura 3. Mecanismos respiratórios

Com a união desses mecanismos, é possível avaliar o padrão dos gases através de métodos invasivos e não invasivos.

Como exemplo de métodos não invasivos, temos a oximetria de pulso, que avalia a saturação periférica funcional.