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FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA Troca gasosa para suprir as trilhões de células do nosso corpo com O2 e retirar CO2 Superfície de troca eficiente. Troca de ar.

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1 FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA Troca gasosa para suprir as trilhões de células do nosso corpo com O2 e retirar CO2 Superfície de troca eficiente. Troca de ar intensa que pode ressecar essa superfície. Como na circulação, é necessário utilizar uma bomba para realizar essa troca.

2 Funções primárias do sistema respiratório 1- Troca gasosa entre sangue e atmosfera Distribuição do O2 e retirada do CO2 sistêmico 2- Regulação homeostática do pH corporal O pH corporal é alterado pela retenção ou excreção de CO2 3- Proteção contra substâncias irritantes e patógenos O epitélio pulmonar funcional protege 4- Vocalização O movimento de ar ao longo das pregas vocais cria vibrações gerando o som.

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6 Cada alvéolo é composto por uma camada simples de epitélio de troca. Dois tipos de células epiteliais: Tipo I – maiores e finas para permitir a troca de gases mais eficiente. Tipo II – Sintetizam e secretam o surfactante. As paredes dos alvéolos não se contraem (não contém músculo). O tecido conjuntivo entre os alvéolos contém muitas fibras de elastina que criam a elasticidade dos pulmões.

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9 Funcionalmente, o tórax é uma cavidade preenchida com três bolsas membranosas: o pericárdio e os sacos pleurais. O fluido pleural serve para: a) proteger os pulmões e b) o fluido entre as paredes pleurais servem para diminuir o atrito gerado pelo movimento dos pulmões.

10 A circulação pulmonar contém cerca de 0,5L de sangue, sendo que 75 mL encontra-se nos capilares. A taxa de fluxo sanguíneo nos pulmões é alta. Recebe cerca de 5L de sangue por min. O fluxo de sangue em um min no pulmão é igual ao fluxo através do corpo em repouso. Pressão nos pulmões cerca de 25/8 mmHg. Baixa resistência da circulação pulmonar Qual seria a vantagem desta pressão baixa nos pulmões? Uma pessoa tem falha ventricular esquerda mas a função ventricular direita é normal. Como resultado, o sangue se acumula na circulação pulmonar, e a pressão hidrostática dobra. O que acontece com o fluxo do fluido através das paredes dos capilares pulmonares?

11 LEI DOS GASES Pressão arterial e pressão atmosféricas são lidas em mmHg. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 760 mmHg. Lei dos gases: 1)A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões individuais dos gases que a compõem (lei de Dalton). 2)Os gases, simples ou em mistura, movimentam-se de áreas de alta pressão para de baixa pressão. 3)Se o volume de um recipiente muda, a pressão do gás irá mudar de modo inverso (lei de Boyle). 4)A quantidade de um gás que irá se dissolver em um líquido é determinada pela pressão parcial dos gás e pela solubilidade do gás no líquido (lei de Henry).

12 1) A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões individuais dos gases que a compõem (lei de Dalton). Assim, no ar seco em pressão atmosférica, 78% da pressão total ser decorrente das moléculas de nitrogênio, 21% de oxigênio e assim por diante GásPressão parcial no ar atmosférico seco Pressão parcial no ar atmosférico, 100% de umidade Nitrogênio (N2)593 mmHg575 mmHg Oxigênio (O2)160 mmHg152 mmHg Dióxido de Carbono (CO2) 0,25 mmHg0,24 mmHg Vapor d´água0 mmHg23,8 mmHg

13 Na fisiologia respiratória precisamos também nos concentrar na pressão individual de um gás (pressão parcial) Pressão parcial (P gas ) = pressão atmosférica (P atm ) X a contribuição relativa do gás (%) Pressão parcial do oxigênio = 760 mmHg X 21% = 160 mmHg O fluxo de ar ocorre se existe um gradiente de pressão. O ar move-se de áreas de alta pressão para as áreas de baixa pressão. O mesmo se aplica para os gases. Ex. o oxigênio move-se de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração.

14 LEI DE BOYLE P 1 V 1 =P 2 V 2 Ex: 100 mmHg X 1L = P2 x 0,5L P2 = 200 mmHg No sistema respiratório, mudanças no volume da cavidade peitoral durante a ventilação causam gradientes de pressão que criam o fluxo de ar. Movimento de ar no tórax = fluxo de volume (todo o ar é movimentado)

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16 Solubilidade dos gases em líquidos O movimento das moléculas de um gás para dentro de uma solução é diretamente proporcional a três fatores: ao gradiente de pressão individual do gás à solubilidade do gás em um dado líquido à temperatura A facilidade com a qual o gás se dilui em uma solução é a sua solubilidade

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18 A VENTILACAO A ventilação é a primeira troca na fisiologia respiratória Células caliciformes As vias aéreas umidificam (adição de até 100% de umidade), aquecem (37 o C) e filtram o ar inspirado. Escalação do muco

19 O fluxo de ar nos pulmões é causado por gradientes de pressão criados por um bombeamento. A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui. Neurônios motores somáticos induzem a contração do diafragma e dos músculos inspiratórios. Na inspiração os músculos intercostais externos e os escalenos se contraem

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22 A expiração ocorre quando a pressão alveolar excede a pressão atmosférica. Na respiração em repouso o movimento de expiração é passivo e não envolve contração muscular (expiração passiva). A respiração normal em repouso é de ciclos por minuto. A expiração ativa ocorre quando a ventilação excede ciclos por minuto. Os músculos intercostais internos empurram as costelas para dentro reduzindo volume da caixa torácica. Os músculos intercostais internos e externos são grupos musculares antagonistas. O diafragma não! Na expiração ativa, os músculos abdominais tornam-se ativos.

23 A pressão intrapleural muda durante a ventilação.

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26 A ventilação adequada depende da capacidade dos pulmões de se distender. Complacência. Complacência vs. Elasticidade Enfisema pulmonar – destruição das fibras de elastina. Problemas na expiração! Analogia. Balão de ar vs. Saco plástico Diminuição na complacência dos pulmões – doenças pulmonares restritivas. Doenças pulmonares fibróticas e produção inadequada de surfactante

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28 Camada liquida ao redor dos alvéolos cria uma tensão superficial. Lei de La Place P = 2 X T/r P = pressão dentro do alvéolo; T = tensão superficial do fluido; r = raio do alvéolo

29 Síndrome do sofrimento respiratório do recém-nascido (SSRRN) Medidas de suporte: ventilação artificial e administração de surfactante artificial.

30 Diâmetro das vias aéreas como fator determinante da resistência das vias aéreas R = Ln / r 4 90% da resistência das vias aéreas pode ser atribuída à traquéia e aos brônquios. Estruturas rígidas que geram uma resistência constante. Acúmulo de muco (infecções e alergias) aumentam essa resistência. Broncoconstrição aumenta a resistência do ar. Bronquíolos sujeito ao reflexos do sistema nervoso e hormonal. Mudanças no diâmetro alveolar ocorrem em resposta a substâncias parácrinas.

31 Controle nervoso dos bronquíolos é feito por neurônios parassimpáticos que causam broncoconstrição. Reflexo para proteção contra agentes irritantes. Músculo liso dos bronquíolos contém receptores beta 2 que respondem a adrenalina. Relaxamento. CO2 como principal mediador, relaxa o músculo liso bronquiolar. Histamina – broncoconstritor. Liberados pelos mastócitos como resposta ao dano tecidual ou reações alérgicas.

32 Testes de função pulmonar utiliza o espirômetro. Mede o volume de ar que é movimentado em cada respiração.

33 O ar movido durante uma respiração pode ser dividido em quatro volumes: (1) volume corrente; (2) volume inspiratório de reserva; (3) volume expiratório de reserva; (4) volume residual. Os volumes respiratórios para as mulheres são menores cerca de %. VR = Volume residual VER = Volume expiratório de reserva VC = Volume corrente VIR = Volume Inspiratório de reserva VR VER VC VIR

34 Volume corrente (V c ): volume de ar que se move em uma inspiração ou expiração simples normal. Cerca de 500 mL Volume inspiratório de reserva (VIR): volume adicional de inspiração além do volume corrente. Cerca de 3000 mL. Volume expiratório de reserva (VER): volume de ar exalado após a expiração normal. Cerca de 1100 mL. Volume residual (VR): volume de ar residual após uma exalação máxima. Cerca de 1200 mL.

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36 Ventilação pulmonar total = frequência de ventilação X Vc Ex: 12 respirações por min X 500mL por respiração = 6000mL/min A ventilação total significa a troca de ar efetiva ao nível dos alvéolos? Ventilação alveolar = freqüência de ventilação X (Vc – espaco anatômico morto) Ex: 12 respirações por min X (500mL por respiração – 150 mL por respiração) = 4200mL/min

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38 Volume corrente (mL) Freqüência respiratória (ciclos/min) Ventilação Pulmonar Total (mL/min) Ar fresco nos alvéolos Ventilação alveolar (mL7min) 500 (normal)12 (normal) (superficial) 20 (rápida) (profundo)8 (lenta) Ventilação alveolar e padrão de respiração

39 NomeDescriçãoExemplos Eupnéia Respiração normal em repouso Hiperpnéia Freqüência respiratória aumentada e/ou volume, em resposta ao aumento do metabolismo Exercício Hiperventilação Freqüência respiratória aumentada e/ou volume, sem aumento do metabolismo Hiperventilacao emocional; soprar um balão Hipoventilação Diminuição da ventilação pulmonar Respiração curta; asma; doença pulmonar restritiva Taquipnéia Respiração rápida; usualmente a freqüência respiratória aumenta com a diminuição da profundidade da respiração. Ofegar Dispnéia Dificuldade de respiração. Várias patologias ou exercício intenso Apnéia Parada respiratória Segurar voluntariamente a respiração; depressão dos centros de controle do SNC

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41 Ventilação vs. Fluxo Sanguíneo Pressão arterial ao nível dos capilares determinam a dilatação e troca gasosa. Repouso – rede de capilares na região superior do pulmão estão fechadas. Dilatação bronquiolar é regulada pela P CO2 no ar expirado

42 Composição do gás Bronquíolos Arteríolas pulmonares Arteríolas sistêmicas P CO2 aumentaDilatação(Constrição)Dilatação P CO2 diminuiConstrição(Dilatação)Constrição P O2 aumenta(Constrição)DilataçãoConstrição P O2 diminui(Dilatação)ConstriçãoDilatação Controle local das arteríolas e bronquíolos

43 A ventilação dos alvéolos está relacionada com a perfusão através dos capilares

44 Se a ventilação diminui em um grupo de alvéolos, ocorre a baixa oxigenação do sangue nessa região.

45 A PO2 diminuída contrai as arteríolas desviando o sangue para os alvéolos mais ventilados.

46 Se um tumor nos tecidos pulmonares diminui para o mínimo o fluxo sanguíneo em uma pequena área no pulmão: 1- O que acontece com a PO2 nos alvéolos e no tecidos adjacente? 2- O que acontece com a PCO2 na mesma região? 3- Qual é a resposta compensatória dos bronquíolos nesta região? 4- A compensação trará a ventilação do pulmão de volta ao normal?

47 A Troca de Gases no Pulmão - A taxa de difusão através das membranas é diretamente proporcional ao gradiente de pressão parcial (concentração). - A taxa de difusão através das membranas é diretamente proporcional à superfície de área disponível. - A taxa de difusão através das membranas é inversamente proporcional à espessura da membrana. - A difusão é mais rápida em distâncias curtas.

48 Troca gasosa entre os alvéolos e as células

49 A altitude como fator que altera o conteúdo de oxigênio no ar. Nível do mar (760 mmHg) – P o2 = 160 mmHg – alvéolo = 100 mmHg Everest (253 mmHg) - Po2 = 53 mmHg – alvéolo = 35 mmHg Ventilação alveolar baixa (hipoventilação) – menor entrada de ar fresco nos pulmões. Fatores patológicos associados: - aumento da resistência (asma) - diminuição da complacência (fibrose) - depressão da regulação nervosa

50 Pulmão Normal

51 Enfisema: destruição (macrófagos) dos alvéolos (fibras elásticas) levando a menor área de superfície para a troca Doença fibrótica pulmonar: espessamento da membrana alveolar. Perda da complacência pulmonar diminui a ventilação

52 Edema pulmonar: fluido no espaço intersticial aumenta a distância de difusão Asma: aumento da resistência das vias aéreas diminui a ventilação

53 Causas de hipoxia e exemplos Hipoxia hipóxica: PO2 arterial baixa - Fisiológica: altitude alta - Hipoventilação alveolar - Capacidade de difusão pulmonar diminuída - Taxa de perfusão-ventilação anormal Hipoxia anêmica: Diminuição na quantidade total de O2 ligado à hemogoblina - Perda de sangue e anemia - O monóxido de carbono impede a ligação do O2

54 Hipoxia isquêmica: causada pelo fluxo reduzido de sangue nos tecidos - Geral (falência do coração), periférica (choque), ou em um órgão único (trombose coronariana) Hipoxia histotóxica: dificuldade das células em usar o O2 em razão de envenenamento - Cianeto e outros venenos metabólicos

55 Transporte de O2 - Hemoglobina Baixa solubilidade do O2 em soluções aquosas. Conteúdo total de O2 no sangue = quant. dissolvida no plasma + quant. de O2 ligada a Hb Solubilidade do O2 no plasma: 3 mL / L Debito cardíaco transporta no plasma 15 mL de O2. O2 transportado pela Hb: 197 mL / L Conteúdo total de O2 no sangue: 200 mL / L Necessidade do organismo em repouso = 250mL de O2

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57 Hb como reservatório de O2 no sangue

58 Fatores que alteram a ligação do O2 com a Hb

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61 Transporte de CO2 no sangue Conversão de CO 2 em bicabornato (HCO 3 - ) – Anidrase carbônica CO2 + H2OH 2 CO 3 H + + HCO 3 - Anidrase carbônica

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65 Sensores carotídeos do oxigênio

66 Quimioreceptores centrais monitoram o CO 2 no fluido cerebroespinal

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