O documento discute o processo de respiração, incluindo a troca de gases nos pulmões e tecidos. Explica que a energia para o funcionamento das células vem de reações químicas que ocorrem durante a respiração celular, e que a quantidade de oxigênio e glicose usada nessas reações depende da energia necessária pelo corpo. Também descreve os movimentos respiratórios dos pulmões e músculos durante a inspiração e expiração.

1. Respiração
Para que o organismo de qualquer animal ou vegetal funcione, é preciso energia. Esta energia vem de reações químicas
que ocorrem continuamente na respiração intracelular.
As reações bioquímicas que ocorrem entre o oxigênio e a glicose, por exemplo, fornecem às células energia para manter todas as
atividades. Quanto mais energia o corpo precisa, mais glicose e oxigênio são gastos nessa reação.
Esportes de longa duração, por exemplo, exigem do atleta mais fôlego e resistência, pois os músculos devem trabalhar durante
muito tempo e precisam estar bem oxigenados. Além disso, o atleta possui um gasto energético superior ao de um não atleta, pois
suas atividades consomem muita energia; por isso deve seguir uma dieta diferenciada, balanceada e rica em carboidratos, que lhe
forneça energia e proteína, além de vitaminas e minerais, responsáveis por uma boa formação da estrutura muscular, óssea e
fisiológica.
Os pulmões podem sofrer expansão e relaxamento pelos movimentos de subida ou descida do diafragma, o que aumenta
ou diminui a cavidade torácica, e pela elevação e depressão das costelas, o que aumenta ou diminui o diâmetro antero-posterior da
cavidade torácica.
Os músculos que elevam a caixa torácica podem ser chamados músculos da inspiração, e os que a relaxam são os
músculos da expiração. A respiração normal é realizada quase inteiramente pelo movimento do diafragma, mas, na respiração
máxima, o aumento nos diâmetros do tórax deve-se mais da metade à dilatação dos pulmões.
Os músculos respiratórios realizam a ventilação pulmonar ao comprimir e expandir alternadamente os pulmões, o que, por sua vez,
faz a pressão do interior dos alvéolos elevar-se e cair.
A ventilação pulmonar normal é realizada quase inteiramente pelos músculos da inspiração. A inspiração se faz pela
contração da musculatura inspiratória, enquanto que a expiração, em condições de repouso, é passiva, ou seja, não há contração
da musculatura expiratória.
Durante a inspiração, a cavidade torácica aumenta de volume e os pulmões se expandem para preencher o espaço deixado. Com o
aumento da capacidade pulmonar, a pressão interna alveolar torna-se ligeiramente menor do que a pressão atmosférica, e isto faz o
ar entrar pelas vias respiratórias.
A inspiração é seguida imediatamente pela expiração, que provoca a diminuição do volume pulmonar e a expulsão do gás. Porém
ainda permanece um volume de ar nos pulmões, o volume residual.
O volume residual representa o ar que não pode ser removido dos pulmões mesmo pela expiração forçada.
Isto é importante porque permite a oxigenação do sangue pelo ar alveolar, mesmo entre as respirações. Se não fosse o ar residual,
as concentrações de oxigênio e gás carbônico no sangue sofreriam subidas e descidas significativas em cada respiração, o que
seria certamente uma desvantagem para o processo respiratório.
Ventilação dos alvéolos
Um fator importante no processo da ventilação pulmonar é a velocidade com a qual o ar alveolar é renovado a cada
minuto pelo ar atmosférico; essa renovação chama-se ventilação alveolar.
Na inspiração, a maior parte do ar renovado deve primeiro preencher as vias respiratórias, vias nasais, faringe, traquéia, brônquios,
antes de atingir os alvéolos.
Na expiração, todo o ar contido nas vias respiratórias é expirado primeiro, antes que o ar dos alvéolos possa chegar à atmosfera.
A ventilação alveolar é um dos principais fatores a determinar as concentrações de oxigênio e gás carbono nos alvéolos.
Diversos fatores modificam a ventilação, como alterações na frequência no volume corrente (quantidade de ar inspirada ou expirada
espontaneamente em cada ciclo respiratório) e também no ritmo.
Difusão de gases nos tecidos
Os gases importantes na respiração são altamente solúveis em lipídios e, conseqüentemente, muito solúveis nas
membranas celulares. Por este motivo, os gases se difundem facilmente através das membranas das células.
Por outro lado, o limite mais importante para a movimentação dos gases nos tecidos é a velocidade na qual os gases podem
difundir-se através dos líquidos teciduais, e não através das membranas celulares.
Além do gradiente de difusão (os gases se difundem de áreas de maior pressão para as de menor pressão),
outros fatores afetam a velocidade de difusão de um gás num líquido: a solubilidade do gás no líquido; a distância na qual o
gás deve difundir-se; o peso molecular do gás; a viscosidade do líquido e a temperatura do líquido (estes dois último fatores
permanecem razoavelmente constantes no organismo).
Composição do ar alveolar
O ar alveolar não apresenta a mesma concentração de gases que o ar atmosférico. Existem várias razões
para essas diferenças:
O ar alveolar é só parcialmente substituído pelo ar atmosférico em cada movimento respiratório;
O oxigênio está constantemente sendo absorvido do ar alveolar;
O gás carbônico está constantemente sendo adicionado ao ar alveolar;
O ar atmosférico seco que entra nas vias respiratórias é umedecido antes de atingir os alvéolos.
O umedecimento do ar reduz a pressão parcial do oxigênio, no nível do mar, de 159mmHg (milímetro de mercúrio) no ar atmosférico
para 100mmHg no ar alveolar, reduzindo também a pressão parcial dos outros gases no ar inspirado.

2. Velocidade na qual o ar alveolar é renovado pelo ar atmosférico
A quantidade de ar que permanece nos pulmões ao término de uma expiração normal mede aproximadamente 2300ml.
Em cada movimento respiratório normal, apenas 350 ml de ar novo são trazidos para os alvéolos.
Assim, a quantidade de ar alveolar substituído por ar atmosférico, em cada movimento respiratório, é bem pequena, de
modo que são necessários muitos movimentos respiratórios para substituir todo o ar alveolar.
A renovação lenta do ar alveolar é importante para impedir súbitas mudanças nas concentrações gasosas no sangue.
Isso torna o mecanismo de controle respiratório muito mais estável do que seria em outras condições e impede reduções e
aumentos excessivos na oxigenação dos tecidos, no gás carbono e no pH tecidual quando a respiração é temporariamente
interrompida.
Concentração de oxigênio nos alvéolos
O oxigênio está continuamente sendo absorvido pelo sangue, e o oxigênio atmosférico está continuamente penetrando
nos alvéolos.
Quanto mais rapidamente é absorvido o oxigênio, menor se torna a sua concentração alveolar; por outro lado, quanto
mais rapidamente é trazido oxigênio da atmosfera para os alvéolos, maior se torna a sua concentração.
Concentração de gás carbono nos alvéolos
O gás carbono está sendo continuamente formado no organismo, sendo levado para os alvéolos e removido dos alvéolos
pelo processo de ventilação.
Logo, a concentração de oxigênio e gás carbônico nos alvéolos é determinada pela velocidade de absorção ou de
excreção, respectivamente, desses dois gases e também pela ventilação alveolar.
Membrana pulmonar ou respiratória
As trocas gasosas entre o ar alveolar e o sangue pulmonar ocorrem através das membranas de todas as porções
terminais dos pulmões. As membranas são conhecidas coletivamente como membranas respiratórias ou pulmonares.
Uma porção terminal compreende um bronquíolo respiratório, ductos alveolares, sacos alveolares e alvéolos (existem
cerca de 250 milhões em ambos os pulmões).
O epitélio destas estruturas é uma membrana muito delgada, e os gases alveolares ficam bem próximos ao sangue dos
capilares.
Os gases, para se transferirem dos alvéolos para o sangue, e vice-versa, precisam atravessar uma "barreira alveolar".
Esta é formada pelos seguintes componentes: líquido que banha os alvéolos, epitélio alveolar, membrana basal do epitélio,
pequeno espaço intersticial entre o epitélio alveolar e a membrana capilar, membrana basal do capilar e membrana endotelial do
capilar.

3. Transporte através da membrana respiratória
As hemácias precisam se deformar para passar através dos capilares pulmonares, porque seu diâmetro é bem pequeno
(cerca de 7 micrômetros). A membrana da hemácia habitualmente toca a parede capilar a fim de que o O2 e o gás carbônico não
precisem passar através do plasma quando se difundem, e isso auxilia a rapidez da difusão.
Alguns fatores combinados determinam com que rapidez um gás poderá atravessar a membrana:
1 - espessura da membrana
Pode aumentar muito em consequência, geralmente, da presença de líquido de edema no espaço intersticial da
membrana. O líquido pode, também, acumular-se nos alvéolos, de modo que os gases devam difundir-se não só através da
membrana, mas também através do líquido. Qualquer fator que aumente a espessura da membrana (como a fìbrose dos pulmões)
pode interferir na velocidade de difusão dos gases através da membrana.
2 - área da membrana respiratória
Pode ser reduzida, por exemplo, com a remoção de um dos pulmões, o que reduz a área para a metade do normal. O
enfisema faz com que os alvéolos se unam com a dissolução do septo interalveolar. A área total da membrana respiratória é
consideravelmente reduzida, devido à perda do septo alveolar. Com isso, a troca de gases através da membrana é
significativamente impedida, mesmo em repouso.
3 - coeficiente de difusão do gás (velocidade de difusão através de uma dada área para uma determinada distância)
O transporte de cada gás através da membrana respiratória depende da sua solubilidade na membrana e de seu peso
molecular. Por exemplo, o CO2 se difunde através da membrana cerca de 20 vezes mais rápido do que o O2 . Este se difunde 2
vezes mais depressa do que o nitrogênio.
4 - gradiente de pressão
A pressão parcial representa uma medida do número total de moléculas de um determinado gás, que atinge uma área da membrana
alveolar. E a pressão do mesmo gás no sangue representa o número de moléculas que atingem a mesma área da membrana do
lado oposto. A diferença entre essas duas pressões, pressão parcial do gás nos alvéolos e sua pressão no sangue, é o gradiente de
pressão.