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Fisiologia Básica do Sistema Respiratório 3a ed.

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Fisiologia Básica do Sistema Respiratório – 3ª edição reflete as atuais tendências de aprendizado e avaliação adotadas na formação em medicina e demais áreas da saúde, trazendo ao leitor as recomendações clínicas vigentes. Com uma organização focada na objetividade, o livro apresenta cada tópico em duas páginas, unindo diagramas coloridos de alta qualidade e textos explicativos que se complementam a fim de fornecer um panorama geral sobre o sistema respiratório. Outras características: • abordagem tanto da fisiopatologia quanto dos aspectos clínicos do sistema respiratório; • capítulos sobre epidemiologia das doenças respiratórias, sarcoidose, problemas de saúde pública, tabagismo e transtornos do sono; • perguntas e respostas para autoavaliação, acompanhadas de uma tabela de valores-padrão; • estudos de caso com base nos distúrbios mais comumente encontrados.

 

44 capítulos

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1. Estrutura do sistema respiratório: pulmões, vias aéreas e espaço morto

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1 Estrutura do sistema respiratório: pulmões, vias aéreas e espaço morto

(a) Lobos pulmonares

SD

(b) As vias aéreas

SE

MD

Cavidade nasal

IE

ID

Face lateral esquerda

Faringe

Face lateral direita

Epligote

Laringe

Cartilagem cricoidea

C6

SD

C7

T1

Ângulo esternal

(ângulo de Louis)

SE

T2

Traqueia (geracão O)

T3

Manúbrio

Carina traqueal

T4

MD

T5

ID

Esterno

IE

Face anterior

T6

Corpo

T7

T8

SE

IE

SD

ID

Face posterior

SD

MD

ID

SE

IE

= superior direito

= médio direito

= inferior direito

= superior esquerdo

= inferior esquerdo

Equação de Bohr para medição do espaço morto

Processo xifoide

Espaço morto anatômico,

Volume do espaço morto = VD

Espaço morto anatômico,

 

2. A caixa torácica e os músculos respiratórios

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2 A caixa torácica e os músculos respiratórios

(a) O esterno e as costelas e a relação dessas estruturas com os pulmões e as cavidades pleurais

(b) Face inferior de uma costela

Cabeça Colo

T1

Clavícula

1

Manúbrio

2

Fissura horizontal

Tubérculo

Corpo

Esterno

Processo xifoide

3

Facetas articulares da cabeça

Ângulo

Faceta

Articular do tubérculo

4

Sulco costal

Incisura cardíaca

Fissura oblíqua

5

Fissura oblíqua

6

Diáfise

7

8

9

Recesso costodiafragmático

10

Lobos pulmonares

Cavidades pleurais

Local da união da cartilagem costal

(d) Face inferior do diafragma

(c) Um espaço intercostal

Xifoesterno

Parte costal

Espaço intercostal:

Veia

Artéria

Nervo

Músculo intercostal mais interno

Músculo intercostal interno

Músculo intercostal externo

 

3. Pressões e volumes durante a respiração normal

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3 Pressões e volumes durante a respiração normal

(a) Capacidade residual funcional

Expansão da parede torácica

(c)

Gradiente pressórico responsável pela distensão do pulmão

(transmural = alveolar - intrapleural)

Retração dos pulmões

Pressão intrapleural

“negativa”

Gradiente pressórico responsável pela condução do ar ao longo das vias aéreas (boca - alvéolos)

Boca

(i)

Intrapleural

Tórax aberto:

Ar

Ar

Pressão alveolar

Pressão

“zero”

Lungs collapse

(ii)

Expansão da parede torácica

(d)

Volume acima da CRF (L)

(b)

0.5

0

Pressão – 0.5 intrapleural em relação à atmosférica (kPa)

– 0.75

Pressão intrapleural,

– 0.5 kPa

Pressão esofégica, – 0.5 kPa

Pressão alveolar; 0kPa

0.1

Pressão alveolar (kPa) 0

– 0.1

0.5

Fluxo de ar

0

(L/segundo)

Coração

– 0.5

 

4. Leis dos gases

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4 Leis dos gases

Barometric pressure with increasing altitude

(a) Altitude, pressão barométrica, fração de O2 e PO2

Nível do mar

(0m, 0ft)

700

Pressão barométrica (PB, mmHG)

Topo do monte Everest 8.850 m (29.035 pés)

PB = 250 mmHg (33,3 kPa) 1⁄3 do valor ao nível do mar

FO2 ar seco = 0,209 (20,9% O2)

∴ PO2 ar seco = 0,209 x 250 = 52 mmHg (7 kPa)

PB = 250 mmHg

33,3 kPa

800

600

Cidade do México

(2.240 m, 7.349 ft)

380 mmHg (50,6 kPa) 1⁄2 do valor ao nível do mar

PB =

FO2 ar seco = 0,209 (20,9% O2)

PO2 ar seco = 0,209 x 380 = 79 mmHg (10.6 kPa)

Nível do mar 0m (0pé)

PB = 760 mmHg (101,3 kPa)

FO2 ar seco = 0,209 (20.9% O2)

PO2 ar seco = 0,209 x 760 = 159 mmHg (21 kPa)

PB = 760 mmHg

101,3 kPa

5.486 m (18.000 pés)

PB = 380 mmHg

50,6 kPa

500

Lhasa, Tibete

(3.600 m, 11.810 ft)

La Rinconda, Peru*

 

5. Difusão

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5 Difusão

(b) Transferência de gases atráves da membrana alveolocapilar

(a) A membrana alveolocapilar

Hemácias

Poro de Kohn

(lacuna entre os alvéolos)

O2

Pressão parcial capilar

Alvéolo

Epitélio alveolar

Endotélio

Fibras de colágeno e elastina

N2O

Pressão alveolar de N20,

02 ou CO

0.25

0.5

0.75

Tempo ao longo do capilar pulmonar (em segundos)

Sangue venoso misto

Alvéolo

Alvéolo

CO

0

Plasma

0

(e) A cascata de oxigênio: tensão desse gás desde o ar ambiente até as mitocôndrias

(c) Difusão atráves de camada de tecido

P2

mmHg kPa

200

25

20

150

P1

15

PO2 100

A=

10

T = espessura

áre

a

50

5

0

Endotélio

Hemácias

diç ab

2

O

lm

r( ola

te

p.

Ar

O2

pu

O2

Ca

 

6. Mecânica do pulmão: forças elásticas

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6 Mecânica do pulmão: forças elásticas

(a) Alça pressão-volume estático

(b) Alça pressão-volume dinâmica

Se a pressão e o volume intrepleurais forem registrados continuamente

(painel inferior), pode-se construir uma alça pressão-volume

(painel superior) a partir de pares de medidas simultâneas de volume (b) com pressão (b’), por exemplo. De forma alternativa, os sinais de pressão e volume podem ser introduzidos em um gráfico X-Y.

∆V CP = inclinação ∆V/∆P

50

CRF

0.5

∆P

Volume acima CRF (litros)

Volume em % da CPT

100

VR

0

10

0

20 cmH2O

2 kPa

1

Pressão transmural (= - pressão intrapleural desde que as medidas sejam obtidas no fluxo de ar zero)

VR = Volume residual

CRF = Capacidade residual funcional

CPT = Capacidade pulmonar total C P = Complacência pulmonar

(c) Tensão superficial

Equacão de Laplace

R

P= 2T

R

 

7. Mecânica do pulmão: resistência das vias aéreas

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7 Mecânica do pulmão: resistência das vias aéreas

(c) O efeito do esforço sobre o fluxo aéreo inspiratório e expiratório

Dependente de esforço

6

A

600

(a) Fluxo laminar e turbulento

Independente de esforço

5

4

Fluxo laminar

3

Nervos

NANC

(inibitórios)

CO2

Agonistas β=adrenérgicos

(p. ex., adrenalina e salbutamol)

Receptor-β2

ON e PIV

Músculo liso das vias aéreas

Expiração

0

1

300

2

3

4

5

6

CPT

Volume (L)

VR

= Curva fluxo-volume para esforço máximo advinho de pulmões parcialmente preenchidos

Eferentes vagais

A = Taxa de pico de fluxo expiratório com pulmões preenchidos até a capacidade pulmonar total

SP e neurocininas

Nervos

NANC

(excitatórios)

Receptores irritantes das vias aéreas

(ativam)

(e) Alças fluxo-volume máximas

600

Mastócitos, eosinófilos

 

8. Transporte de oxigênio

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8 Transporte de oxigênio

(a) Estrutura da hemoglobina

β

O2

O2

A hemoglobina é composta de quatro subunidades, cada uma delas contendo, uma cadeia proteica (globina) e um grupo heme. A hemoglobina normal do adulto,

HbA, contém duas cadeias-α idênticas compostas por 141 aminoácidos e duas cadeias-β compostas de 146 aminoácidos. O grupo heme (

) fica ligado a cada cadeia em um resíduo de histidina, mas cada um possui um átomo de ferro na forma ferrosa, que se liga a uma molécula de oxigênio. Os grupos hemes ficam nas fendas ou fissuras na bola enrugada das cadeias de globina. A exata estrutura em 3D

(ou quartenária) da hemoglobina pode mudar e alterar a acessibilidade do sítio de ligação do oxigênio. Cada molécula de hemoglobina pode se ligar a até quatro moléculas de oxigênio em uma série de reações, que podem ser resumidas da seguinte forma:

α

O2

O2

Hb4 + 4O2

100

75

50

25

a

pH, PCO2, temperatura

 

9. Transporte de dióxido de carbono

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9 Transporte de dióxido de carbono

550

Venoso misto normal

V

Arterial

Saturação

X de O de 98%

2

480 mL de CO2/L

Conteúdo de CO2 (mL/L)

(c) Como o CO2 é transportado no sangue arterial e venoso

Saturação de O2 de 75%

Efeito Haldane

500

A

Arterial normal

450

5.5

6.0

6.6

5%

Carbamino

30%

87%

HCO3–

60%

8%

Dissolvido

10%

(kPa)

7.0

55 (mmHg)

50

45

40

Venoso misto

520 mL de CO2/L

(a) Curva de dissociação de CO2

A linha vermelha (A-X) mostra qual seria a relação entre a PCO2 do sangue e o conteúdo de CO2 se a Hb permanecesse 98% saturada. Contudo, como a HB do sangue venoso misto está apenas 75% saturada, uma quantidade maior de CO2 pode ser transportada para qualquer PCO2 determinada, conforme ilustrado pela linha tracejada A-V (o efeito Haldane, ver quadro e texto).

 

10. Controle do equilíbrio acidobásico

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10 Controle do equilíbrio acidobásico

(a) Relação entre PCO2, HCO3 e pH, bem como a equação de

Henderson–Hasselbalch

HCO3 + H+

H2CO3

[HCO3] x [H+]

K=

[H2CO3]

(da lei da ação das massas)

K = constante de dissociação;

KA = corrigido para [CO2] no lugar de [H2CO3]

[HCO3]

[H2CO3]

log K = log [H+] + log

[HCO3] Solubilidade (s) =

–log [H+] = –log K + log

[H2CO3] 0.23 mmol / L / kPa

0.03 mmol / L / mmHg

[HCO3] pH = pK + log

[H2CO3]

30

B

A

10

Linha de tamponamento do sangue total

A me lca ta los bó e lic a

Co mp e ren nsa al ção

Excesso de base

[HCO3 ] do Plasma (mmol/L)

20

se

o cid

ta

me

100

D

ca

li bó

A

F

PCO2

20 mmHg

(2.6 kPa)

Alc respalose irat

ória

A

10

Co respmpensa irat ção

ória

7.1

7.2

 

11. Controle da respiração I: mecanismos químicos

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11 Controle da respiração I: mecanismos químicos

Efeito de CO2, pH e O2 sobre a ventilação:

60

60

Acidose metabólica

50

40

30

20

Alcalose metabólica

10

0

4

5

6

7

8

PCO2 alveolar (kPa)

Ventilação (L/min )

Ventilação (L/min )

50

PO2 normal

~13 kPa

(b)

9

60

PO2 baixa

~5 kPa

40

30

20

PO2 alta

~60 kPa

10

0

4

5

6

7

8

PCO2 alveolar (kPa)

40

PCO2 alta 6kPa

30

20

10

0

9

4

8

12

PO2 (kPa)

(e)

16

Células gliais

LCS

Nervos cranianos

V

VII

VIII

Capilar

Neurônio

Barreira hematoencefálica

LCS

IX

Medula oblonga

PCO2 normal

5 kPa

50

(d) Quimiorreceptores centrais

Quimiorreceptores centrais

 

12. Controle da respiração II: mecanismos neurais

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12 Controle da respiração II: mecanismos neurais

Córtex cerebral

(g) Controle voluntário da respiração via tratos piramidais

Hipotálamo

Emoção

Temperatura

Secção aqui

Ponte

Sem efeito sobre a respiração, mas perda do controle superior

(a) Centro pneumotáxico

Núcleo parabranquial

Núcleo de Kölliker-Fuse

Secção aqui

Respiração agônica

(b) Grupo respiratório dorsal

Núcleo do trato solitário

Medula

(f) Impulso proveniente de quimiorreceptores centrais e periféricos

(c) Grupo respiratório ventral

Complexo de Bötzinger

Núcleo ambíguo e retroambíguo

(d) Neurônios motores respiratórios descendentes até os músculos respiratórios

(diafragma, intercostais e acessórios)

Músculos respiratórios

Dano, irritantes inalados

Medula espinal

Volume pulmonar e carga muscular

Secção aqui

Abolição da respiração

– apneia

(e) Receptores do pulmão

 

13. Circulação pulmonar e desvios anatômicos da direita para a esquerda

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13 Circulação pulmonar e desvios anatômicos da direita para a esquerda

(b) Efeitos iniciais de um desvio de 20% da direita para a esquerda sobre o conteúdo e a pressão parcial de O2 e C02 no sangue arterial

(a) Circulação pulmonar e sistêmica e desvios anatômicos normais da direita para a esquerda

Artéria brônquica

Pressão capilar pulmonar:

Extremidade Extremidade arterial venosa

14 mmHg

8 mmHg

80%

Conteúdo de O2 = 200 mL/L

Conteúdo de CO2 = 480 mL/L

Alvéolos

*Conteúdo de O2 = 150 mL/L

*Conteúdo de CO2 = 520 mL/L

Pressão arterial pulmonar: 24/9, média de 15 mmHg

AE

AD

Conteúdo arterial de O2 =

Conteúdo arterial de CO2 =

Aorta

VD

80

20 x 200 + x 15 = 190 mL/L

100

100

80

20 x 480 + x 520 = 488mL/L

100

100

VE

VCM

Pressão capilar sistêmica:

Extremidade

Extremidade venosa arterial

10 mmHg

 

14. Desequilíbrio de ventilação-perfusão

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14 Desequilíbrio de ventilação-perfusão

(a) Tipos diferentes de regiões VA/Q

Espaço morto

VA = Normal

VA = Normal

Q = Normal

VA/Q = Normal

(próximo a 1)

Efeito do espaço morto

VA = Normal

Q=0

Efeito de shunt

Q = Baixo

VA/Q = ∞

Shunt verdadeiro/ anatômico

VA = Baixo

VA = 0

Q = Normal

VA/Q = Alta

Ventilação, VA, perfusão, Q (unidades arbitrárias por unidade de volume pulmonar) e relação ventilação-perfusão, VA/Q

Normal

Q = Normal

VA/Q = Baixa

(b) Variação de ventilação, VA, perfusão,

Q, e relação ventilação-perfusão, VA/Q com altura vertical no pulmão ereto

VA/Q = 0

3

Q

2

VA

1

VA/Q

0

Base

Ápice

Conteúdo de PO2 e O2 do sangue proveniente dessas regiões que respiram ar e oxigênio

Conteúdo de 02 (mL/L)

200

0

0

Conteúdo de 02 (mL/L) Conteúdo de 02 (mL/L) Conteúdo de 02 (mL/L)

 

15. Exercício, altitude e mergulho

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15 Exercício, altitude e mergulho

(b) Ventilação alveolar típica, PCO2 e PO2 , em altitudes entre o nível do mar (0 m) e 6.000 m para indivíduos expostos de forma aguda (linha sólida vermelha) e crônica (linha sólida azul) após aclimatação. A linha tracejada mostra os valores que ocorreriam se a ventilação alveolar permanecesse em seu valor ao nível do mar.

Tabela 1

Valores típicos em homem saudável, porém sedentário, de 20 anos de idade em repouso e em exercício máximo

Exercício máximo

Frequência cardíaca (bpm)

70

200

Volume sistólico (mL)

75

90

Débito cardíaco (mL/min)

5.250

18.000

Conteúdo de O2 arterial-venoso misto* (mL/mL) 0,048

0,167

Consumo de O2 (mL/min)

250

3 000

Ventilação (mL/min)

7.500

140 .000

Frequência respiratória

15

56

(movimentos respiratórios/min)

Volume corrente (mL)

500

12

6

4

2

 

16. Desenvolvimento do sistema respiratório e nascimento

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16 Desenvolvimento do sistema respiratório e nascimento

(a) Morfogênese da ramificação

(b)

Semana 4

Semana 5

Semana 6

Semana 8

4ª bolsa faríngea

Epitélio

Mesoderma

+

+

+

+

Tubo laringotraqueal

Fatores de sinalização

Esôfago

Botões

Brônquios brônquicos embrionário secundários

Fatores liberados pelas células mesodérmicas fazem com que o epitélio cresça para dentro em direção a elas como um brotamento; fatores inibitórios impedem o brotamento de qualquer um dos lados

Mesoderma

Ducto arterioso

(c) Circulação fetal

6

Artéria pulmonar

Veia cava superior

Aorta ascendente

AE

3

Antes do nascimento:

AD

Forame oval

5

Veia cava inferior

Fígado fetal

Endoderma/ epitélio

Brônquios segmentares

4

Ducto venoso

Traqueia

Aorta

VE

VD

2

 

17. Complicações de desenvolvimento e doença congênita

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17 Complicações de desenvolvimento e doença congênita

(b) Hérnia diafragmática congênita

% de recém-nascidos que desenvolvem SARRN

(a) Relação entre prematuridade e desenvolvimento de SARRN

80

60

40

Coração

20

Diafragma

0

Idade gestacional:

Peso ao nascer:

Pulmão comprimido hipoplástico

Intestino no tórax

Fígado

<30

<1,25

30–34

<1,5

34–37 semanas

<1,7 g

Estômago

Outros fatores como condição socioeconômica, saúde materna, raça e sexo também afetam a incidência de SARRN

(c)

Traqueia

Traqueia

Atresia

Fístula

Fístula

Esôfago

Esôfago

Brônquios

Brônquios

Atresia esofágica e fístula traqueoesofágica (85%)

Fístula traqueoesofágica (5%)

(d) Algumas doenças genéticas em que o pulmão constitui o principal local de lesão

Doença pulmonar

Doença

Herança

Deficiência da alpha1-antitripsina

 

18. Mecanismos de defesa do pulmão e imunologia

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18 Mecanismos de defesa do pulmão e imunologia

(a) Defesas físicas e fisiológicas

(b) Epitélio colunar ciliado

Bactérias invasoras

Macrófago

IgA

• Captura e apanha partículas >10µm

Cílios

• Desencadeia o espirro pela estimação de receptores irritantes

Fase gel

Fase sol

Laringe, traqueia e brônquios

Membrana basal

• Promovem a depuração mucociliar em direção à boca

• Desencadeiam a tosse pela estimulação de receptores irritantes

Célula caliciforme

Componente secretor

Ductos alveolares e alvéolos

Glândula submucosa

• Contém espitélio escamoso

(sem cílios)

(c) Resposta imune

• Também contêm a proteína A do surfactante produzida pelos pneumócitos tipo II

Complemento

IgA

IgG

Linfócito-B

Fagócito

iação

Diferenc ão

ç ra fe

Prolo

Lâmina própria

• Possuem macrófagos alveolares

Muco

Célula epitelial

 

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