Sistema Respiratório

Controle da respiração

Dois mecanismos neurais separados regulam a respiração. Um é responsável pelo controle voluntário e o outro, pelo controle autônomo. O sistema voluntário está localizado no córtex cerebral e envia impulsos para os neurônios motores respiratórios pelos tratos corticoespinhais. O sistema autônomo é dirigido por um grupo de células marca-passo no bulbo, como explicado a seguir. 

Em relativo repouso, a frequência respiratória é da ordem de 10 a 15 movimentos por minuto. A respiração é controlada automaticamente por um centro nervoso localizado no bulbo. Desse centro partem os nervos responsáveis pela contração dos músculos respiratórios (diafragma e músculos intercostais). Os sinais nervosos são transmitidos desse centro através da coluna espinhal para os músculos da respiração. O mais importante músculo da respiração, o diafragma, recebe os sinais respiratórios através de um nervo especial, o nervo frênico, que deixa a medula espinhal na metade superior do pescoço e dirige-se para baixo, através do tórax até o diafragma. 

Os sinais para os músculos expiratórios, especialmente os músculos abdominais, são transmitidos para a porção baixa da medula espinhal, para os nervos espinhais que inervam os músculos. Impulsos iniciados pela estimulação psíquica ou sensorial do córtex cerebral podem afetar a respiração. 

Em condições normais, o centro respiratório (CR) produz, a cada 5 segundos, um impulso nervoso que estimula a contração da musculatura torácica e do diafragma, fazendo-nos inspirar. O CR é capaz de aumentar e de diminuir tanto a frequência como a amplitude dos movimentos respiratórios, pois possui quimiorreceptores que são bastante sensíveis ao pH do plasma. Essa capacidade permite que os tecidos recebam a quantidade de oxigênio que necessitam, além de remover adequadamente o gás carbônico. 

A respiração é ainda o principal mecanismo de controle do pH do sangue. De todos os componentes químicos que influenciam a respiração, o CO₂ é o mais potente e o mais precisamente controlado. Quando a concentração de CO₂ no sangue aumenta, o ritmo respiratório também aumenta, propiciando maior oxigenação do sangue e liberação do CO₂. Normalizada a concentração desse gás, o ritmo respiratório volta ao normal. Isto porque, quando o sangue se torna mais ácido devido ao aumento do CO₂, o centro respiratório induz a aceleração dos movimentos respiratórios. Dessa forma, tanto a frequência quanto a amplitude da respiração tornam-se aumentadas devido à excitação do CR.  Em situação contrária, com a depressão do CR, ocorre diminuição da frequência e amplitude respiratórias.

O aumento da concentração de CO₂ desloca a reação para a direita, enquanto sua redução desloca para a esquerda. Desta forma, o aumento da concentração de CO₂ no sangue provoca aumento de íons H⁺ e o plasma tende ao pH ácido. Se a concentração de CO₂ diminui, o pH do plasma sanguíneo tende a se tornar mais básico (ou alcalino)

Se o pH está abaixo do normal (acidose), o centro respiratório é excitado, aumentando a frequência e a amplitude dos movimentos respiratórios. O aumento da ventilação pulmonar determina eliminação de maior quantidade de CO₂, o que eleva o pH do plasma ao seu valor normal.

Caso o pH do plasma esteja acima do normal (alcalose), o centro respiratório é deprimido, diminuindo a frequência e a amplitude dos movimentos respiratórios. Com a diminuição na ventilação pulmonar, há retenção de CO₂ e maior produção de íons H⁺, o que determina queda no pH plasmático até seus valores normais.

A ansiedade e os estados ansiosos promovem liberação de adrenalina que, frequentemente levam também à hiperventilação, algumas vezes de tal intensidade que o indivíduo torna seus líquidos orgânicos alcalóticos (básicos), eliminando grande quantidade de dióxido de carbono, precipitando, assim, contrações dos músculos de todo o corpo.

Se a concentração de gás carbônico cair a valores muito baixos, outras consequências extremamente danosas podem ocorrer, como o desenvolvimento de um quadro de alcalose que pode levar a uma irritabilidade do sistema nervoso, resultando, algumas vezes, em tetania (contrações musculares involuntárias por todo o corpo) ou mesmo convulsões epilépticas.

Existem algumas ocasiões em que a concentração de oxigênio nos alvéolos cai a valores muito baixos. Isso ocorre especialmente quando se sobe a lugares muito altos, onde a concentração de oxigênio na atmosfera é muito baixa ou quando uma pessoa contrai pneumonia ou alguma outra doença que reduza o oxigênio nos alvéolos. Sob tais condições, quimiorreceptores localizados nas artérias carótida (do pescoço) e aorta são estimulados e enviam sinais pelos nervos vago e glossofaríngeo, estimulando os centros respiratórios no sentido de aumentar a ventilação pulmonar.

Reflexos da tosse e espirro

O reflexo da tosse é um mecanismo de defesa natural inespecífica porque remove agentes irritantes que chegam as vias aéreas inferiores. Qualquer substância que entre na laringe, com exceção do ar, inicia o reflexo da tosse, que atua com o objetivo de expelir esta substância. Esse reflexo protetor não funciona quando se está inconsciente; por isso, não se deve administrar líquidos a uma pessoa inconsciente enquanto tenta reanimá-la. É conduzido pelo nervo vago até o bulbo, onde é gerado o reflexo de inspiração e expiração (diafragma e músculos intercostais) e de contração dos músculos da laringe para realizar a tosse. 

O reflexo do espirro é quase semelhante ao da tosse, porém a via aferente (que leva esses impulsos nervosos até o Sistema Nervoso Central) vem das terminações nervosas do nariz (ver Curiosidades Fisiológicas). 

As capacidades e os volumes respiratórios

O sistema respiratório humano comporta um volume total de aproximadamente 5 litros de ar – a capacidade pulmonar total. Desse volume, apenas meio litro é renovado em cada respiração tranquila, de repouso. Esse volume renovado é o volume corrente.

Se no final de uma inspiração forçada, executarmos uma expiração forçada, conseguiremos retirar dos pulmões uma quantidade de aproximadamente 4 litros de ar, o que corresponde à capacidade vital, e é dentro de seus limites que a respiração pode acontecer.

Mesmo no final de uma expiração forçada, resta nas vias aéreas cerca de 1 litro de ar, o volume residual.

Assim, os fisiologistas e clínicos avaliam a função pulmonar de uma pessoa medindo quanto ar a pessoa move durante a respiração em repouso, e depois em esforço máximo. Estes testes de função pulmonar usam um espirômetro, um instrumento que mede o volume de ar que se move a cada respiração. Desta forma, o ar movido durante a respiração pode ser dividido em quatro volumes pulmonares: 

1. volume corrente (VC)
2. volume de reserva inspiratório (VRI)
3. volume de reserva expiratório (VRE)
4. volume residual (VR)

Esses quatro volumes pulmonares, quando somados, são iguais ao volume máximo que os pulmões podem expandir. O significado de cada um desses volumes é o seguinte:

1. O volume corrente (VC) é o volume de ar inspirado ou expirado em cada respiração normal; a quantidade é de cerca de 500 mililitros no homem adulto.
2. O volume de reserva inspiratório (VRI) é o volume extra de ar que pode ser inspirado acima do volume corrente normal quando um a pessoa inspira com força total; geralmente é de cerca de 3.100 mililitros.
3. O volume de reserva expiratório (VRE) é o máximo volume extra de ar que pode ser expirado num a expiração forçada após o final de um a expiração corrente normal; normalmente é de cerca de 1.200 mililitros.
4. O volume residual (VR) é o volume de ar que fica nos pulmões após a expiração mais forçada; este volume é de cerca de 1.200 mililitros.

Nunca se consegue encher os pulmões com ar completamente renovado, já que mesmo no final de uma expiração forçada o volume residual permanece no sistema respiratório. A ventilação pulmonar, portanto, dilui esse ar residual no ar renovado, colocado em seu interior.

O volume de ar renovado por minuto (ou volume-minuto respiratório) é obtido pelo produto da frequência respiratória (FR) pelo volume corrente (VC): VMR = FR x VC

Em um adulto em repouso, temos:

FR = 12 movimentos por minuto

VC = 0,5 litros

Portanto: volume-minuto respiratório = 12 x  0,5 = 6 litros/minuto

A soma de dois ou mais volumes pulmonares é chamada de capacidade. As capacidades pulmonares incluem capacidade vital, capacidade inspiratória, capacidade residual funcional e capacidade pulmonar total. 

(1)  A capacidade pulmonar total é o volume máximo que os pulmões podem ser expandidos com o maior esforço; é igual à capacidade vital mais o volume residual.

CAPACIDADE PULMONAR TOTAL (CPT) = CV + VR (~5.800-6.000 mL)

(2) A capacidade vital (CV) é igual ao volume de reserva inspiratório mais o volume corrente mais o volume de reserva expiratório. É a quantidade máxima de ar que um a pessoa pode expelir dos pulmões após primeiramente enchê-los à sua extensão máxima e então expirar também à sua extensão máxima.

CAPACIDADE VITAL (CV) = VRI + VC + VRE (~4.600-4.800 mL)

(3) A capacidade inspiratória (CI) é igual ao volume corrente mais o volume de reserva inspiratório. É a quantidade de ar que um a pessoa pode respirar, começando num nível expiratório normal e distendendo os pulmões a uma quantidade máxima.

CAPACIDADE INSPIRATÓRIA (CI)= VC + VRI (~3.500-3.600 mL)

(4)  A capacidade residual funcional (CRF) é igual ao volume de reserva expiratório mais o volume residual. É a quantidade de ar que permanece nos pulmões no final de uma expiração normal.

CAPACIDADE RESIDUAL FUNCIONAL (CRF)= VRE + VR (~2.300-2.400 mL)

Todos os volumes e capacidades pulmonares nas mulheres são cerca de 20 a 25% menores do que nos homens, e são maiores em pessoas atléticas e com massa corporais maiores do que em pessoas menores e astênicas (mais magras, com pulmões mais estreitos e compridos e diafragma baixo). Os atletas, por exemplo, costumam utilizar o chamado “segundo fôlego”. No final de cada expiração, contraem os músculos intercostais internos, que abaixam as costelas e eliminam mais ar dos pulmões, aumentando a renovação.

A espirometria é amplamente utilizada para avaliar os prejuízos da função pulmonar e monitorar a evolução de algumas doenças respiratórias. Apesar de a espirometria não fornecer um diagnóstico específico, sua avaliação permite distinguir características clínicas das doenças pulmonares obstrutivas, determinadas principalmente pelo aumento da resistência das vias aéreas (como na bronquite crônica e no enfisema pulmonar), em relação às doenças restritivas, determinadas pela redução da capacidade total pulmonar em decorrência de alterações estruturais ou funcionais dos pulmões (p. ex., nas doenças como tuberculose ou fibroses por exposição a certos agentes lesivos ambientais, como asbesto). Aumentos na CPT, na CRF e no VR, por exemplo, podem ocorrer como resultado de hiperexpansão dos pulmões nas doenças obstrutivas, enquanto reduções da CV, da CPT, da CRF e do VR ocorrem nas doenças restritivas, por apresentarem limitação da expansão pulmonar.

Distúrbios ciliares 

A limpeza das vias aéreas depende do bom funcionamento dos cílios e das características do muco produzido pelo epitélio mucociliar. Esse mecanismo de defesa pode ser afetado por alterações ambientais, infecciosas ou hereditárias ou se ainda o indivíduo consome de modo crônico álcool, drogas ou cigarro, podendo levar à retenção frequente de secreção, o que provoca tosse e infecção repetitiva.

A inalação de ar frio, por exemplo, diminui a velocidade dos batimentos ciliares nas vias respiratórias, com prejuízo para a remoção de partículas sólidas, aumentando a chance de aparecimento de infecções respiratórias. Há uma doença determinada geneticamente, a doença dos cílios imóveis, que causa alterações na síntese das proteínas que participam da estrutura de cílios e flagelos. Com isso, o batimento dos cílios é prejudicado, predispondo o paciente a infecções das vias aéreas, como pneumonias e sinusites. Acomete principalmente homens e provoca também esterilidade, pela imobilidade do flagelo dos espermatozoides.

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 das não fumantes.

Os mergulhadores e a “respiração sob pressão positiva”

Quando o mergulhador está submerso, a entrada do ar e a expansão dos pulmões são dificultadas pela pressão exercida pela água sobre a parede do tórax.

No mergulho com snorkel o mergulhador tem de fazer mais força para inspirar, pois seu tórax é comprimido pela pressão da água.

No mergulho com scuba ou aqualung, um cilíndrico metálico cheio de gás acoplado a uma válvula permite que o ar seja colocado nas vias aéreas com uma pressão equivalente à pressão da água naquela profundidade.

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