Sistema respiratorio humano

450 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
450
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
2
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
8
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Sistema respiratorio humano

  1. 1. Sistema Respiratório A  principal  função  do  sistema  respiratório  é  promover  a  troca  gasosa contínua  entre  o  ar  inspirado  e  o  sangue  da  circulação  pulmonar, fornecendo  oxigênio  (O2)  ao  sangue  e  removendo  deste  o  dióxido  de carbono (CO2) produzido como metabólito nos tecidos e órgãos do corpo humano (Figura 1).   Figura 1. Diagrama esquemático da função primordial do sistema respiratório humano. O sistema respiratório consiste dos pulmões, das vias aéreas condutoras (laringe,  traquéia,  brônquios,  bronquíolos  e  alvéolos),  da  vasculatura pulmonar, dos músculos respiratórios, e dos tecidos e estruturas à volta. Pulmões Há dois pulmões no peito do ser humano; um à direita, constituído de três divisões incompletas denominadas lobos; e um à esquerda, constituído de apenas dois lobos, para prover espaço para o coração. O pulmão direito é responsável por 55% do volume total de gás inspirado e o esquerdo por 45%. Ambos se dividem em segmentos bronco‐pulmonares (dez à direita, nove à esquerda) que compõem as divisões da via aérea entre a traquéia e os alvéolos (Figura 2). 
  2. 2.  Figura 2. Divisões das vias aéreas pulmonares. O tecido pulmonar é esponjoso devido às cavidades preenchidas com gás denominadas alvéolos, que são as estruturas terminais para as trocas de gás.  Há  em  torno  de  250  a  350  milhões  de  alvéolos  em  um  pulmão  de adulto,  com  uma  área  superficial  alveolar  total  de  50  a  100  m2 dependendo do grau de insuflação do pulmão. Vias aéreas condutoras O  ar  é  transportado  da  atmosfera  para  os  alvéolos  entrando  pelas cavidades nasais e oral, escoando pela faringe e a glote e, na seqüência, para dentro da traquéia. Na entrada da traquéia, se encontra a laringe, um tubo  fibromuscular  de  10  a  12  cm  de  comprimento  e  1,4  a  2  cm  de diâmetro.  A  traquéia  termina  em  uma  bifurcação,  denominada  carina, onde se divide nos brônquios direito e esquerdo, os quais apresentam um suporte  cartilaginoso  em  suas  paredes.  Fibras  musculares  capazes  de controlar o diâmetro das passagens aéreas são incorporadas nas paredes dos brônquios. Os  brônquios  se  subdividem  em  sub‐brônquios,  os  quais  se  subdividem em bronquíolos e estes, por sua vez, se subdividem e assim por adiante até que se alcance o nível alveolar, com cada via aérea sendo considerada se dividir em duas sub‐vias. Em um humano adulto, considera‐se que há 
  3. 3. aproximadamente 23 subdivisões, ou gerações, que se iniciam na traquéia e terminam nos alvéolos (Figura 2). O movimento de gases nas vias respiratórias ocorre primordialmente por convecção na região compreendida entre o nariz (ou boca) até a décima quinta  geração  de  bifurcações.  Além  da  décima  quinta  geração  de bifurcações, a difusão de gás se torna relativamente mais relevante. Com as baixas velocidades que ocorrem em processos de difusão, as dimensões do espaço no qual a difusão ocorre (espaço alveolar) deve ser pequena de maneira  a  proporcionar  um  fornecimento  adequado  de  oxigênio  nas paredes; alvéolos menores são mais eficientes na transferência de gás que os maiores. Alvéolos Alvéolos  são  estruturas  através  das  quais  gases  difundem  para  o  corpo (O2) e do corpo (CO2). As paredes alveolares são extremamente finas de modo a garantir que a troca de gases ocorra eficientemente. A troca de gases que ocorre nos alvéolos é denominada hematose (Figura 3).  Figura 3. Representação da troca de gases nos alvéolos. Uma vez que as paredes alveolares são extremamente finas, a principal barreira  à  difusão  de  gases  ocorre  no  plasma  e  no  nível  de  células vermelhas, nas quais ocorre a reação do oxigênio com a hemoglobina cuja taxa  de  reação  contribui  para  estabelecer  uma  capacidade  de  difusão 
  4. 4. efetiva  no  processo  de  transferência  de  gases  (Figura  4).  A  difusão molecular dentro do volume alveolar é responsável pela mistura do gás nesta  região,  com  a  mistura  completa  ocorrendo  em  menos  que  10 milisegundos, rápido o bastante para não limitar a difusão de gases para o sangue e do sangue.  Figura 4. Representação esquemática da difusão de O2 nos alvéolos. Outro aspecto de relevância para a operação alveolar apropriada é uma cobertura  fina  da  superfície  com  um  surfactante.  Sem  este  material,  os alvéolos  grandes  tenderiam  a  aumentar  de  tamanho  e  os  menores entrariam em colapso, causando, por conseqüência, o colapso do pulmão. Estes surfactantes constituem‐se de lipoproteínas que são produzidas por células alveolares tipo II.  A superfície alveolar é úmida e em está em constante contato com o ar. Sempre que a água e o ar formam uma interface, as moléculas de água são fisicamente arranjadas em um padrão particular que cria tensões em sua  superfície.  Devido  à  forma  esférica  e  aos  pequenos  diâmetros  dos alvéolos,  tensões  são  exercidas  por  moléculas  de  águas  vizinhas recobrindo as superfícies internas destas esferas, promovendo atração das paredes alveolares que eventualmente levam ao colapso. Ao recobrir as superfícies  alveolares  e  romper  as  estruturas  de  aglomerados  de moléculas  de  água,  os  surfactantes  reduzem  a  tensão  superficial  e previnem  o  colapso  dos  alvéolos.  Devido  a  este  recobrimento  da superfície alveolar, quando o volume do pulmão decresce (expiração), as 
  5. 5. moléculas  de  surfactantes  se  agrupam  e  se  tornam  mais  efetivas  em reduzir a tensão superficial da água. Desta maneira, a máxima efetividade do surfactante coincide com o ponto no ciclo respiratório em que a tensão superficial nos alvéolos é maior. Circulação Pulmonar A circulação sanguínea pulmonar é peculiar no sentido de que esta ocorre sob  pressões  relativamente  mais  baixas  que  aquelas  das  arteríolas sistêmicas. Os vasos sanguíneos pulmonares, especialmente os capilares e vênulas,  são  constituídos  de  paredes  muito  finas  e  flexíveis. Diferentemente  dos  capilares  sistêmicos,  os  capilares  pulmonares aumentam  de  diâmetro.    Os  capilares  pulmonares  dentro  das  paredes alveolares  separam  alvéolos  adjacentes  com  aumentos  na  pressão sanguínea ou decréscimos na pressão alveolar. O escoamento de sangue no pulmão é, portanto, significativamente influenciado pela deformação elástica.  Embora  a  circulação  pulmonar  não  seja  significativamente afetada por controles neuronais e químicos, esta responde prontamente à condição  de  hipóxia.  Há,  também,  um  sistema  de  circulação  de  sangue sistêmico a altas pressões em torno dos brônquios que é completamente independente da circulação pulmonar de baixa pressão (~3330 N/m2) em indivíduos saudáveis. Músculos respiratórios e a função respiratória Para  se  compreender  o  processo  respiratório,  deve‐se  primeiro compreender  alguns  conceitos  básicos  de  mecânica  dos  fluidos  e  de termodinâmica. O escoamento de um fluido ocorre de uma região para outra  quando  há  uma  diferença  de  pressões  entre  as  duas  regiões.  Um fluido sempre irá escoar de uma região de alta pressão para uma região de pressão  mais  baixa.  Portanto,  a  inspiração  (ou  inalação)  irá  ocorrer quando a pressão no interior do pulmão for mais baixa que a pressão do ar na atmosfera que o circunda, ou seja, quando um indivíduo inspira, o ar se move da região de pressão mais alta, a atmosfera, para uma região de pressão mais baixa, o pulmão.  Por outro lado, a expiração ou exalação, o processo em que o ar sai dos pulmões, ocorre quando a pressão nos pulmões é mais alta que a pressão 
  6. 6. do ar atmosférico. Desta maneira, o ar irá continuar a escoar para dentro ou  para  fora  dos  pulmões  até  que  a  pressão  nos  pulmões  se  iguale  à pressão atmosférica (equilíbrio). Para entender como as diferenças de pressões são criadas nos pulmões, é de relevância compreender a Lei de Boyle (termodinâmica clássica). A Lei de  Boyle  descreve  a  relação  entre  um  volume  de  gás  e  sua  respectiva pressão. Por exemplo, se o volume de um recipiente originalmente cheio de um gás aumenta, a pressão do gás irá diminuir respectivamente e, se o volume  diminui,  a  pressão  irá  aumentar  respectivamente.  Para  respirar, gera‐se uma baixa pressão nos pulmões de modo que o ar atmosférico a uma  pressão  mais  alta  entre  para  os  pulmões.  De  acordo  com  a  Lei  de Boyle,  para  baixar  a  pressão  nos  pulmões,  o  volume  dos  pulmões  deve primeiro ser aumentado. Um aumento no volume dos pulmões irá, então, criar uma região de baixa pressão que irá promover o movimento do ar atmosférico  para  dentro  dos  pulmões.  Por  outro  lado,  para  mover  o  ar para fora dos pulmões, o volume dos pulmões é diminuído, gerando um aumento de pressão e o conseqüente escoamento do ar para a atmosfera externa, que se encontra a uma pressão mais baixa. Os  músculos  envolvidos  na  promoção  de  aumentos  e  diminuições  do volume  dos  pulmões  são  principalmente  o  diafragma  e  os  intercostais externos.  O  diafragma  é  um  músculo  que  separa  a  cavidade  torácica, contendo o pulmão e o coração, da cavidade abdominal, contendo órgãos tais como os do sistema digestivo, rins, fígado e outros.  Quando  o  diafragma  e  os  músculos  intercostais  externos  recebem  um sinal estimulador do centro de controle respiratório, estes se contraem. A contração do diafragma faz com este se estique e empurre para baixo a cavidade  abdominal  e  todo  o  seu  conteúdo.  A  contração  dos  músculos intercostais externos promove um aumento no diâmetro ântero‐posterior do tórax pela expansão da caixa torácica para cima e para fora. Tanto as ações  do  diafragma  quanto  a  dos  intercostais  externos  levam  a  um aumento no volume do pulmão e, como conseqüência, a uma diminuição na pressão do mesmo (Figura 5). Devido ao fato da expansão do volume pulmonar requerer uma contração muscular para promover a inspiração, este é, portanto, um processo ativo que requer energia na forma de ATP. 
  7. 7.  (a)          (b) Figura 5. Ações da (a) contração e (b) relaxação do diafragma e dos intercostais externos no aumento e diminuição do volume pulmonar durante a respiração. Em  contrapartida,  a  expiração  é  um  processo  tipicamente  passivo  por envolver somente a relaxação do diafragma e dos intercostais externos. As relaxações do diafragma e dos intercostais externos os fazem retornar à forma original relaxada, diminuindo o volume do pulmão. Como resultado, o  ar  nos  pulmões  é  pressurizado  e  escoa  para  fora  dos  mesmos.  Além disso, as propriedades elásticas dos tecidos pulmonares e da caixa torácica ajudam a retornar estas estruturas aos seus estados de repouso. A expiração pode se tornar um processo ativo, requerendo energia, como no caso de execução de atividades físicas intensivas, tais como ao praticar algum  esporte  ou  simplesmente  correr.  Nestes  casos,  um  conjunto  de músculos  denominados  intercostais  internos  será  ativado,  contraindo‐se de  modo  a  diminuir  o  volume  da  caixa  torácica  e  expulsar  um  maior volume de ar na expiração.    
  8. 8. Escoamento de ar nas vias respiratórias Escoamento no nariz O nariz é responsável pelo condicionamento e avaliação sensorial do ar antes  deste  penetrar  nos  pulmões.  Em  uma  pequena  distância,  o  nariz aquece, umidifica, e filtra o ar de modo eficiente, ao mesmo tempo que exerce uma função olfatória. A olfação normal depende da presença de moléculas  odoríferas  bem  como  de  estimulação  e  processamento neurológico.  A  compreensão  da  fisiologia  nasal  e  o  desenvolvimento  de testes para diagnósticos de problemas nasais e da olfação são exemplos de temas médicos que dependem de uma compreensão dos padrões de escoamento e dos mecanismos de transporte que ocorrem nesta região das vias respiratórias. Há duas formas de se estudar e compreender os padrões de escoamento de ar nas vias nasais: por meio de medições experimentais em modelos físicos  das  vias  nasais;  e  por  meio  de  simulações  numéricas  do escoamento  nestas  vias.  No  caso  de  se  utilizar  modelos  físicos  das  vias nasais, devem‐se empregar técnicas de medição de velocidades tais como a anemometria de fio quente ou de filme quente, procurando manter a similaridade  dinâmica  de  modo  que  os  parâmetros  adimensionais estudados sejam representativos das situações reais. 
  9. 9.    
  10. 10.  
  11. 11.   
  12. 12.  
  13. 13.         
  14. 14.    
  15. 15.  
  16. 16.  
  17. 17.    
  18. 18.  
  19. 19.  

×