Como o metabolismo está diretamente relacionado ao consumo de oxigênio
atmosférico, fica evidente que mecanismos eficazes de captação desse gás
sofreram alterações durante o curso evolutivo, culminando no aparelho
respiratório dos animais superiores, como o das aves e dos mamíferos.
A atmosfera terrestre é constituída por aproximadamente 21% de oxigênio.
71% do ar é composto por nitrogênio e frações menores de outros gases, como,
por exemplo, o CO2 (0,03 %) e o restante é uma mistura de
outros gases, como argônio, xenônio, criptônio etc. A pressão parcial do O2 é
de vital importância para os seres vivos.
Em locais onde a altitude é elevada, a pressão desse gás é baixa, o que
diminui a sua captação pelos elementos do sistema respiratório. Nesses locais
ocorre a manifestação de hipóxia, sendo que ela aparece primeiro nos tecidos
onde o consumo de O2 é maior. Sintomas visuais, miocárdicos e
neurológicos são os principais sintomas que uma pessoa apresenta quando começa
a ocorrer hipóxia nesses tecidos. Os sintomas visuais incluem diplopia e
redução da visão em ambiente escuro. O coração responde a sinais de hipóxia
aumentando a frequência cardíaca. Os sintomas neurológicos, de principal
preocupação, incluem confusão metal, falta de coordenação motora e distúrbios
de comportamento.
Como já estudado em Bioquímica, o aumento da frequência respiratória
provoca alcalose sanguínea (alteração do pH do sangue) o que leva,
inicialmente, a dores de cabeça (cefaleia) e náuseas. A perda de consciência e
a formação de edemas pulmonar e cerebral podem ocorrem em situações extremas, levando
o indivíduo à morte.
Estrutura do Aparelho Respiratório Humano
Durante o decorrer da evolução surgiram estruturas que se organizaram de
forma complexa de modo a formar um aparelho respiratório muito eficiente na
captação de oxigênio. As vias aéreas trabalham em conjunto com os pulmões e com
as estruturas de movimentação da caixa torácica.
As vias aéreas superior e são compostas pela boca, cavidade nasal,
faringe, laringe e traqueia, epiglote. A traqueia é um tubo que comunica a
região superior das vias aéreas com os pulmões. A laringe funciona como um
tampão que permite a entrada de ar nos pulmões e a de alimentos e água no
esôfago.
Os pulmões são revestidos por uma dupla membrana chamada pleura. A
camada em contato direto com o pulmão é chamada de pleura visceral e a que está
em contato com a caixa torácica é chamada de pleura parietal. Entre as duas pleuras
encontra-se um líquido viscoso que atua como um lubrificante, reduzindo o
atrito entre elas.
O pulmão direito apresenta três lobos, em
detrimento do esquerdo que só apresenta dois lobos. Isso ocorre porque há
necessidade de um maior espaço para o coração, pois sua ponta fica voltada para
o lado esquerdo. Dessa forma, 55 % da respiração se devem ao pulmão direito e
os 45 % restante ao pulmão esquerdo. Juntos, os pulmões ocupam cerca de 4/5 do volume total da caixa torácica. Num indivíduo
adulto, e condições fisiológicas normais, o volume de ar dentro dos pulmões é
de cerca de 2,5 a 3 L. Histologicamente observa-se uma grande quantidade de
fibras elásticas nos pulmões, o que reflete a sua grande capacidade de
elasticidade.
Os músculos responsáveis pela inspiração são o diafragma, os músculos
intercostais externos e o grande peitoral. Entretanto, em algumas situações,
como as de grande esforço respiratório, outros músculos podem ser acionados
para a entrada de ar, como esternoclidomastóideo, o escaleno, o serrátil, e o
trapézio. Ainda, outros músculos podem contribuir com a inspiração reduzindo a
resistência das vias aéreas, como, por exemplo, digástrico e o músculo nasal.
Em relação aos músculos envolvidos na expiração temos a musculatura da
parede abdominal (oblíquo externo, oblíquo interno, transverso do abdome e reto
do abdome) e a musculatura da parede torácica (intercostais externo e interno,
transverso do tórax).
Temática: Mecânica da
Respiração
A
respiração ocorre de forma rítmica. Chamamos de frequência respiratória o
número de vezes que uma pessoa respira por minuto. Essa frequência é alterada
por diversos fatores, os quais incluem idade, estado fisiológico, estresse e
com o exercício físico. Um estudo com 300 indivíduos realizado por Quelelet
demonstrou que a frequência respiratória está envolvida de forma inversa com a
idade, ou seja, quanto mais idade a pessoa possui, menor é a sua frequência
respiratória. Observe a tabela abaixo e verifique:
Idade (anos)
|
Freqüência respiratória (ciclos/minuto)
|
0-1
|
44
|
5
|
26
|
15-20
|
20
|
20-25
|
18
|
25-30
|
16
|
30-35
|
18
|
Outro ponto interessante é a relação tamanho/metabolismo nos animais. De
forma geral, quanto menor o animal, maior é o seu metabolismo. Elefantes, por
exemplo, possuem apenas 40 batimentos cardíacos por minuto, enquanto o
musaranho, o menor mamífero, possui cerca de 400 batimentos cardíacos por
minuto. Como a frequência respiratória está diretamente ligada aos batimentos
cardíacos é de se esperar que com estes ocorra o mesmo. Assim também ocorre com
o homem. Em sua fase inicial de vida seu metabolismo é alto, devido a uma
necessidade de grandes números de reações para o desenvolvimento. Com o passar
da idade, o metabolismo vai diminuindo de forma gradual. Observe que nos dados
obtidos por Quelelet um bebê possui cerca de 44 ciclos respiratórios por minuto
e uma pessoa entre 30 e 35 anos possui cerca de 18 ciclos por minuto.
Movimentação dos Pulmões
A pressão interna dos pulmões entre um expiração e uma inspiração é
de -2 cmH2O a -5 cmH2O.
Essa pressão é mantida nessa faixa negativa pela pressão intrapleural
subatmosférica, o que permite que os pulmões fiquem expandidos. O pulmão é um
órgão elástico e, se não fosse a existência dessa pressão negativa, os pulmões
entrariam em colapso, ou seja, eles iriam murchar. Na verdade, o melhor termo
que substitui a palavra murchar é colabar.
A inspiração se dá, principalmente, pela contração do músculo diafragma.
O diafragma, ao se contrair, aumenta o volume da caixa torácica, o que acaba
diminuindo a pressão em seu interior. Assim com a pressão externa maior que a
interna o ar entra nos pulmões atingindo os alvéolos, onde ocorrem as trocas
gasosas (hematose), transformando o sangue venoso que chegou aos pulmões pela
artéria pulmonar em sangue arterial, o qual será reconduzido ao coração pela
veia pulmonar.
Quando a ventilação pulmonar ultrapassa 400 ml/min ou quando a
resistência ao fluxo está muito aumentada, os músculos abdominais responsáveis
pela expiração são ativados. Um caso interessante é o soluço. Uma das causas do
soluço pode ser uma irritação no nervo frênico, responsável pela contração do
diafragma. Assim, quando ele se encontra nesse estado, ele pode emitir sinais
elétricos, o que provoca a contração do músculo sem a entrada ou saída de ar de
forma adequada.
O ar se movimenta dentro dos tubos respiratórios de acordo com a equação
de Poiseuille. De acordo com essa equação podemos calcular o fluxo (Φ) gasoso
por unidade de tempo dentro desses tubos:
Onde:
ΔP = diferença de pressão entre as extremidades do tubo;
r = raio do tubo;
l = comprimento do tubo;
η = viscosidade do fluido.
Observando-se a equação acima podemos notar que a diferença de pressão e
o raio do tubo interferem de forma a aumentar o fluxo. Em contrapartida, tanto
a viscosidade do fluido e o comprimento do tubo contribuem de forma inversa, ou
seja, diminuindo o fluxo de ar.
Sabendo-se que Φ = ΔP/R, onde R é a resistência que o fluido sofre para
se movimentar, podemos reescrever a equação de Poiseuille e obtemos:
Note
que agora o raio é o mais importante elemento resistivo, pois como está elevado
à 4a potência ele aumenta em 16 a resistência quando
o raio é reduzido pela metade.
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